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离心泵流动损失分析及对其效率的影响

发表时间：2020/6/15 来源：《基层建设》2020年第6期作者：魏玮

[导读] 摘要：现阶段随着时代的不断发展，我国社会经济呈现着高速稳定的发展态势，人们的生活水平在不断提高，科学技术的进步能够促进我国各行各业得到更加快速的发展，我国一直都十分注重工业的发展，并且投入了大量的人力、物力和财力来促进工业得到更加快速的发展。

        身份证号码：22020319870409xxxx
        辽宁大唐国际阜新煤制天然气有限责任公司 123000
        摘要：现阶段随着时代的不断发展，我国社会经济呈现着高速稳定的发展态势，人们的生活水平在不断提高，科学技术的进步能够促进我国各行各业得到更加快速的发展，我国一直都十分注重工业的发展，并且投入了大量的人力、物力和财力来促进工业得到更加快速的发展。由于工业在发展过程中本身具有一定的复杂性，会运用许多不同的仪器设备，其中离心泵是最为常见的一种设备，该设备的应用能够在一定程度上提高工业的生产效率，但是在具体的应用过程中也存在一些问题。
        关键词：离心泵流动损失；效率的影响
        引言
        随着我国工业化进程的推进，离心泵作为实现液体输送的重要设备已经广泛应用于工农业生产以及百姓日常生活中，效果显著。然而，当前许多离心泵运行效率较低、能耗过大，影响企业经济效益的提高及生产活动的顺利进行。有鉴于此，探讨造成离心泵效率运行偏低的原因并就此提出相应解决措施已经成为工农业生产实践中一个重要课题。
        1离心泵流动损失分析
        ①离心泵运行参数较大程度偏离设计参数导致运行效率偏低。离心泵工作参数包括扬程、流量、转速以及效率等，当离心泵扬程发生变化，离心泵其他工作参数也会随之变化，而离心泵在设计工况下的运行效率最高。一旦离心泵流量过大或者扬程过高，超出设计工况范围导致运行工况点偏离设计工况，最终就会出现离心泵运行效率偏低的情况②离心泵内的损失过大导致运行效率降低。离心泵内，液体在流经叶轮时会出现一定的损失，包括泄漏损失、机械损失以及流动损失，与此相对应的离心泵效率就有容积效率、机械效率以及水力效率，离心泵内各种损失过大就会导致离心泵运行效率的下降。其中，泄漏损失又包含离心泵叶轮密封环处的泄漏损失、轴向力平衡机构处的泄漏损失等；机械损失则包括离心泵叶轮轮盖与液体发生摩擦从而消耗的轮阻损失、填料函内的摩擦损失等；流动损失则包括液体流经叶道和转能装置时出现的冲击损失,这些损失相当部分转化为热量被液体吸收。
        2离心泵流动损失分析及对其效率的影响
        2.1液体在叶轮中的流动
        由于离心泵本身就是一个较为复杂的设备，因此液体在离心泵叶轮流道内的流动情况也较为复杂，想对其进行深入的研究则必须了解当前离心泵的主要构造。液体在离心泵叶轮流道内进行流通的过程中会受到叶轮的相关影响，叶轮的叶片会产生一定的压迫作用，此时液体就会随着叶轮的叶片一起转动，在对该种情况进行研究的过程中可以充分参考力学理论，主要研究液体在叶轮中运动时可驱动坐标系，叶轮的整个旋转运动过程会受到相应的牵连运动，在对整个进行观察的过程中就能发现液体会随着叶轮的运动也产生相对运动，这样液体在叶轮中就会出现一个较为复杂的运动情况。在面对这样较为复杂的运动情况时，可以将其看作一个相对运动的合成，在这样的基础上进行研究则会显得较为简单。在具体的研究过程中可以将液体质点的相对速度简称为相对速度，用w来进行表示，并且对叶片进行一个条件假设，假设叶片呈现出一个无限多的形式，然后保证其方向与叶片的方向始终一致。液体质点的牵连速度简单来说就是指液体质点瞬间重合时所产生的圆周速度，在对液体质点的牵连速度进行表示的过程中可以采用U来进行表示，它的方向始终和叶轮的半径呈现出垂直的状态，并且会始终指向叶轮的旋转方向。在具体的研究过程中还有一个十分重要的因素是绝对速度，绝对速度就是指液体质点相对于静止壳体的运动速度，在对绝对速度进行表示的过程中，可以采用c来进行表示。绝对速度的大小和方向会受到相对速度矢量合成的影响，因此呈现出一个随时变化的状态。在具体的表示过程中可以表示为：C=U+W。通过以上的叙述能够得到相应的结论，液体质点的三个速度会形成一个封闭的三角形结构，对这样的三角形结构则可以称之为速度三角形。

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在对离心泵内的流动损失进行分析的过程中，可以充分借助速度三角形的相对关系来进行分析，这样能够保证整个分析结果的准确性，同时还可以根据当前存在的一些流动损失问题进行解决方案的设计，进而将损失降到最低，提高离心泵的整体运行效率。
        2.2采用合理的密封方案减少泄漏提高离心泵的运行效率
        背叶片密封是在叶轮的后盖板上作出几个径向筋条。离心泵工作时,壳体与叶轮之间的液体利用叶轮旋转产生的离心压力阻止其泄漏流动从而实现密封。副叶轮密封是利用副叶轮带动密封腔内的流体高速旋转并产生离心压力,此力与副叶轮周围介质的压力相平衡达到动密封,这种密封需要配合停车密封使泵在停止运行时仍能够实现密封。停车密封是利用飞铁产生的离心力借助推力盘使弹簧受压推动动静密封环在离心泵工作时相互脱离,而在停车时弹簧恢复变形使动静环端面相互接触达到密封的目的。利用背叶片和副叶轮结合停车密封有效地减少泄漏,达到节能的目的。
        2.3摩阻损失
        液体流经离心泵吸人室、叶轮流道、蜗壳和扩压管(或导叶)时,沿程摩擦阻力损失以及液流因转弯、突然收缩或扩大等所产生的局部阻力损失为摩阻损失。由流体力学可知,当有粘滞性的非理想液体沿固体壁面流动时,液体流动可分为两个区域,紧靠壁面很薄的一层称为边界层,在边界层中必须考虑液体的粘性力。边界层中的液体可看成粘性液体的有旋流动.边界层虽然很薄,但沿其厚度方向液体速度急剧变化,它严重地影响着流动过程的能量损失及流体与壁面间的热交换等物理现象.实验证明,液体的摩阻损失集中在边界层中。边界层以外中心部分的粘性力很小,可以看作是理想液体的无旋流动。
        2.4选用合乎实际的离心泵型号，避免“大泵小用”的情况发生
        根据实际情况选用相匹配的离心泵是离心泵高效运行的有效保障。实践中，由于离心泵选型的不准确导致“大马拉小车”情况层出不穷，许多离心泵长期处于低效率高能耗的状态。有鉴于此，在生产生活中，离心泵选型时针对不变工况的离心泵扬程以及流量不宜考虑过多富余，应在切合实际生产生活需要的基础上综合考虑。
        2.5冲击损失
        液体在具体的流动过程中会进入到叶管，液流就会产生一个相对作用力，此时的运动方向角和叶片进口角会产生不一致的情况，此时就会出现能量损失，而且液体离开叶轮，进入到能量转化装置的时候，液流转能装置的叶片角由于不一致也会产生能量的损失，这种损失就被统一称之为冲击损失。一般情况下，离心泵在具体的运行过程中，会对流量进行科学合理的设计，叶轮叶片进口角是按照具体的工况进行计算的，因此离心泵在对流量进行设计的过程中，液体进入叶轮叶片的液流角和叶片的进口角应该是相一致的。此时整个液流的平稳性就能得到有效提高，进而才能更加平稳的在叶轮流道中进行流动，从而不产生一些冲击，就能够有效避免冲击损失的出现。通过相关的实验研究可以得到一定的结论，离心泵在具体的工作过程中工况点和前期所设计的工况点出现越大的偏离，此时的冲击损失则会越大，造成的流动损失也会越大，离心泵的效率会在这样的前提基础之下不断下降。面对这样的问题，在解决的过程中应该保证工作排量和最优排量始终保持一致，或者是将工作时排量尽可能的接近最优排量，通过这样的方式才能保证离心泵在工作时的效率。
        结语
        在生产生活实践中，离心泵实际运行效率并不等同于铭牌效率，运行工况点也往往会偏离设计工况。为了确保离心泵的高效率低能耗运行，应该根据实际情况选用相应型号，降低离心泵内水力摩擦损失，减小离心泵内冲击损失，适当调节叶轮转速、切割或者更换叶轮。
        参考文献
        [1]李敏，李敬.改进离心泵内部流场的效果分析[J].通用机械，2020(Z1):75~77.
        [2]马天鑫.单级离心泵叶轮与蜗壳干涉流动机制及对汽蚀影响的研究[D].北京化工大学，2018.
        [3]郑路路.离心泵口环间隙非定常流动机理研究[D].浙江理工大学，2018.