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关于改善双向叶片泵性能的分析

2018-06-15 13:56:01来源:泵业中国浏览:评论:0

  1 双向叶片泵原理构造

  双向叶片泵主要由定子、压油盖、转子、叶片、配油盘、壳体等构件组成,工作时由两端长半径圆弧、短半径圆弧以及四段过度曲线等部分构成,且转子和定子同心,转子每转一转每个密封工作腔即会完成压油和吸油的动作各两次,且泵的两个压油区和吸油区呈径向对称,作用在转子的液压力径向平衡[1]。如图1所示。

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  图1 双向叶片泵工作原理示意图

  1—定子;2—转子;3—叶片;4—壳体

  双向叶片泵的主要优势在于:运转稳定、噪声较小,且流量均匀,容积效率高(可达95%),工作压力高,通常情况下为6.9MPa~10.5MPa,最高20MPa。结构较为紧凑,外形尺寸比传统叶片泵要小,但排量要大。

  2 双向叶片泵性能参数

  通常情况下,叶片泵性能以性能曲线表示,而性能曲线则以各个性能参数之间的关系来进行表达,因此在对叶片泵性能进行研究前,首先需要对性能参数的意义进行理解,性能参数主要包括流量、扬程、转速、功率、效率、吸上真空高度(允许值)以及气蚀余量(允许值)等,具体如下:

  2.1 流量

  在单位时间内,叶片泵所抽取的水流体积即流量,通常以Q表示,单位有m?/s、m?/h等,单位间的转换关系为1m?/s=3600m?/h。

  2.2 扬程

  水流从叶片泵进水口到出水口的能量增量即扬程,以H表示,常用单位m。在泵站工程设计中,扬程通常以以下公式进行计算:

  (公式见原稿)

  式中:实际扬程(提水高度、净扬程、有效扬程)为HST(m);

  水头损失为hw(m);

  设计水位上下限为Z、Zb(m)

  2.3 转速

  泵轴在单位时间内旋转的圈数即转速,以n表示,单位r/min,小、中型泵站叶片泵转速通常在485~2900r/min之间,通常情况下,水泵口径越小,转速越高,反之则越低。

  2.4 功率和效率

  水泵在单位时间内做功大小即功率,以HP或KW表示,功率又可细分为有效功率、配套功率以及轴功率。流体流经水泵时的实际所得功率为有效功率,以PM表示;水泵所要求的动力机输出功率为配套功率;动力机传输给泵周的输入功率为轴功率,以P表示,在水泵运行过程中不可避免的会存在各种损失,需消耗少部分功率。水泵对输入功率的利用程度即效率。

  2.5 允许吸上真空高度和允许气蚀余量

  水泵吸上高度的安全理论上限即允许吸上真空高度,以Hs表示,单位m,而允许气蚀余量则是用来对水泵进水侧(低压侧)单位重量流体所具备的超过该温度下流体汽化压强的安全理论下限进行表示,以hn表示,单位m。

  3 改善双向叶片泵性能的主要途径分析

  3.1 叶轮选择

  通过笔者调查研究,目前我国很多泵站采用卧式双向型式的叶片泵,叶片呈180°调转,实现了正反向抽水,但同时也存在反向运行效率欠佳、叶片调节困难、气蚀严重等弊端[2]。针对这一问题,可通过选择双向特性的叶轮进行改善,包括:①叶片分半式双向叶轮,以叶片弦长一半处作为叶片转动中心点,在该处将叶片剖分成前、后两半,剖分的两半叶片均按转动中心点旋转5°左右,通过调节叶片角度达到增加翼型拱度,从而满足正反向运行需求;②S型双向叶轮,选中一种叶片翼型,根据双向运行的要求,用不同的环量分布规律,在选用合理的叠加方式进行叠加,由于正反向运行时,叶片工作曲率相反,因此叠加为S型叶型无需将叶片旋转180°,使叶片泵结构更为简化。

  3.2 对叶片压力进行控制

  要让叶片顶部紧靠定子运转,必须保持良好的接触力,单纯依靠叶片运转时产生的离心力远远不够,有研究中[3]指出,将高压油补进叶片泵可解决这一弊端,但随着水泵工作压力增高,使用这一方法所产生的叶片压力会导致叶片与定子接触力过大,破坏油膜,导致干磨擦,增高该处温度,甚至会烧毁定子。因此必须从结构设计上对叶片压力进行控制,例如使叶片根部与顶部油压部分保持平衡,减少叶片根部油压作用面积,控制根部油压值,或加装弹簧。

  3.3 减少泵内流道阻力

  当叶片泵转速提升后,油液流速相对增加,会提高吸油区真空度,从而导致气蚀,引发水泵噪音、蚀损、不良振动、流量不稳等状况,降低了运行效率,因此可采用扩大进油腔道的措施,改善泵内流道形状,并定期对流道进行清理,减少流道阻力,提高扬程和运行效率。

  4 结束语

  本文首先从分析叶片泵运行原理入手,通过对性能参数进行阐述,从而引出改善双向叶片泵性能的方法,希望能为泵站工程设计和泵站日常运行工作提供借鉴价值。

 

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