IH50-32-160型離心泵氣蝕性能改進(jìn)的探討

　　某公司設(shè)計(jì)制造的IH50-32-160型號(hào)離心泵經(jīng)檢測(cè)后，呈現(xiàn)出兩頭(大流量與小流量時(shí))大的情況，而與之對(duì)應(yīng)的楊程卻不低。下面對(duì)這種現(xiàn)象作些初步的分析，以期獲得改進(jìn)氣蝕性能的辦法。
1.離心泵氣蝕的概念
　　 從本質(zhì)上看，離心泵氣蝕現(xiàn)象是一種流體力學(xué)的空化作用，與旋渦有關(guān)。它是指流體在運(yùn)動(dòng)過程中壓力降至其臨界壓力(一般為飽和蒸汽壓)之下時(shí)，局部地方的流體發(fā)生汽化，產(chǎn)生微小空泡團(tuán)。該空泡團(tuán)發(fā)育增大至一定程度后，在外部因素的影響(氣體溶解、蒸汽凝結(jié)等)下潰滅而消失，在局部地方引發(fā)水錘作用，其應(yīng)力可達(dá)到數(shù)千個(gè)大氣壓。顯然這種作用具有破壞性，從宏觀結(jié)果上看，氣蝕現(xiàn)象使得流道表面受到浸蝕破壞(一種持續(xù)的高頻打擊破壞)，引發(fā)振動(dòng)，產(chǎn)生噪音；在嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)斷裂流動(dòng)，形成流道阻塞，造成水泵性能的下降。所以說，氣蝕問題是水泵行業(yè)的一個(gè)很重要的科研課題。
　　 從上述表述可知，氣蝕現(xiàn)象是由于流場(chǎng)中出現(xiàn)的最小絕對(duì)壓力引起，哪里的絕對(duì)壓力小，哪里就容易發(fā)生氣蝕。因而，控制最小絕對(duì)壓力即可控制空化作用，有效地減少氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生。
　　 水泵是一種給流體增加能量的機(jī)器。流體經(jīng)葉輪向外流出，其壓力一般而言是增加的，因而在水泵中流體出現(xiàn)最小壓力的地方只能是葉輪葉片進(jìn)口處附近。這樣一來，確保流體在葉輪葉片進(jìn)口處具有足夠的絕對(duì)壓力，便成為避免水泵發(fā)生氣蝕的關(guān)鍵。
2.水泵的氣蝕余量NPSH
　　 由于葉輪機(jī)械中流體運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，很難從理論上計(jì)算出流場(chǎng)中何處可能出現(xiàn)氣蝕，再加上氣蝕現(xiàn)象不僅僅取決于流體的流動(dòng)特性，還取決于流體本身的熱力學(xué)性質(zhì)，所以，更難于從理論上提出氣蝕發(fā)生的判據(jù)。因此，在實(shí)踐中往往是采用經(jīng)驗(yàn)加實(shí)驗(yàn)的辦法來提出氣蝕判據(jù)。水泵的氣蝕余量概念即是其中的重要判據(jù)之一，它既具有一定的理論意義，又是產(chǎn)品驗(yàn)收的標(biāo)準(zhǔn)之一。
水泵氣蝕余量有兩個(gè)概念：其一是與安裝方式有關(guān)，稱有效的氣蝕余量NPSHA，它是指水流經(jīng)吸入管路到達(dá)泵吸入口后所余的高出臨界壓力能頭的那部分能量，是可利用的氣蝕余量，屬于“用戶參數(shù)”；其二是與泵結(jié)本身有關(guān)，稱必需的氣蝕余量NPSHR，它是流體由泵吸入口至壓力最低處的壓力降低值，是臨界的氣蝕余量，屬于“廠方參數(shù)”。要確保水泵在運(yùn)行中不氣蝕，必須在安裝上保證NPSHA≥K×NPSHR，(K為安全裕量)，而后者由制造廠所保證。從這個(gè)意義上看，降低水泵氣蝕余量的意義在于保證水泵的絕對(duì)提水高度，滿足使用要求。
　　 一般采用下列公式來計(jì)算氣蝕余量：NPSHA=-H-h
式中：P0為下游壓力；Pv為臨界壓力；HSZ為安裝高度；∑hs為吸入管路流動(dòng)損失，包括閥門、彎頭等處的損失。由上式可以看出，NPSHA是一種能量?jī)?chǔ)備，較小的NPSHA可使得安裝高度HSZ較大，這是有利的。
　　 NPSH=λ+λ2
式中：V1為葉片進(jìn)口絕對(duì)速度；λ1為絕對(duì)速度變化及流動(dòng)損失引起的壓降系數(shù)，稱絕對(duì)速度的不均勻系數(shù)；W1為葉片進(jìn)口相對(duì)速度；λ2為流體繞流葉片頭部引起的壓降系數(shù)，稱葉片的氣蝕系數(shù)。由上式可以看出，NPSHR僅與泵本身的運(yùn)動(dòng)特性有關(guān)。對(duì)設(shè)計(jì)者而言，要求NPSHR盡可能小，以使得泵在安裝上有較充裕的氣蝕儲(chǔ)備。
3.NPSHR的分析
　　 顯然，NPSHR的大小取決與泵吸入口出流體運(yùn)動(dòng)的能量損失。由于流程較短，這種損失主要體現(xiàn)為流動(dòng)局部損失。有如下幾方面的因素：
(1)泵吸入口到葉輪進(jìn)口流道收縮，流速增加而產(chǎn)生的壓力損失以及流體運(yùn)動(dòng)自軸向變?yōu)閺较颍D(zhuǎn)彎處流場(chǎng)不均勻而產(chǎn)生壓力損失；(2)流速變化引起的流動(dòng)損失，體現(xiàn)為壓力降低；(3)流體繞流葉片進(jìn)口緣產(chǎn)生的能量損失；(4)葉片厚度排擠作用使得進(jìn)口速度增加而產(chǎn)生壓力損失；(5)非設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行流體在葉片前緣產(chǎn)生的沖擊損失；(6)葉輪鑄造質(zhì)量不佳、流道表面不平所致流動(dòng)粘性損失。
在上面幾方面的因素之中，難以完全避免的是前兩項(xiàng)；而后幾項(xiàng)則可以通過改進(jìn)設(shè)計(jì)及制造質(zhì)量來使之減少。這就要求設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)力求使得從泵進(jìn)口到葉輪進(jìn)口這一段流道盡可能地合乎流體運(yùn)動(dòng)之流線，以減少這一段流動(dòng)的壓力損失；而對(duì)一臺(tái)現(xiàn)有的產(chǎn)品泵來說，分析其氣蝕性能亦應(yīng)當(dāng)從分析其進(jìn)口流道的流動(dòng)損失著手。
4.某離心泵的氣蝕分析
　　 現(xiàn)在對(duì)前面所提到的離心泵的氣蝕問題作些定性分析。該泵的氣蝕余量偏大，其原因可以認(rèn)為是由于泵吸入口處存在的過大的壓力損失所引起的。但該泵在小流量時(shí)氣蝕余量大，這與通常檢測(cè)結(jié)果不一樣，可能與設(shè)計(jì)和制造有關(guān)。小流量時(shí)的氣蝕余量增加，可認(rèn)為是在小流量時(shí)液流入口角增加，使得葉片入口正沖角過大，從而脫流過大，產(chǎn)生了很大的壓力損失；而大流量時(shí)氣蝕余量增加，更主要的則是由于流速增加使得損失增加所致。
　　 從設(shè)計(jì)和制造兩方面來看，除去間隙氣蝕的原因外，葉片進(jìn)口安放角偏小(設(shè)計(jì)偏小或鑄造時(shí)偏小)，葉片入口厚度大，葉片表面鑄造質(zhì)量不佳可能是該型號(hào)泵氣蝕余量大的主要原因。
5.改進(jìn)措施
對(duì)本例泵來說，可以采取以下一些適當(dāng)措施來減少氣蝕發(fā)生的可能性：
(1)若有可能的話，可將葉片進(jìn)口邊前移，即在進(jìn)口邊處粘結(jié)上一塊，使得流體及早接觸葉片獲得能量，避免出現(xiàn)低于臨界壓力的情況發(fā)生。(2)清理葉輪入口流道，盡量使其光滑平坦，提高進(jìn)口光潔度，減少流動(dòng)阻力，降低壓力損失。(3)打磨葉片頭部，削尖，以減少進(jìn)口沖擊損失，降低進(jìn)口沖角的敏感性。(4)如果間隙氣蝕嚴(yán)重，可采用在葉輪上打平衡孔的辦法來減少泄漏流速，以減輕氣蝕程度。
6.改進(jìn)結(jié)果
　　 原泵的鑄造質(zhì)量不好，外觀明顯可見葉型表面凹凸不平，因此決定重新鑄造。首先修理了木模表面，提高其光潔度。然后在葉片進(jìn)口邊處加上一塊葉型，并削尖其進(jìn)口前緣。最后鑄造，得到了質(zhì)量較好的葉輪。經(jīng)過測(cè)試，氣蝕余量NPSHR得到了較大改善。因此，本文所提出的方法是可行的。 摘自《中國建材設(shè)備》