离心泵在启动阶段的水力特性研究

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1、中国工程热物理学会流体机械第f‘一届学术会议编号057006离心泵在启动阶段的水力特性研究陈颂英，隋荣娟，曲延鹏，李春峰(山东大学护.械T程学院，济南，250062)(0531-88981960,chensy66@sdu.edu.cn)摘要:建立了离心泵非稳定状态下的扬程公式，对离心泵启动阶段的水力性能进行实验研究，测量了瞬时转速、流量、扬程随时间的变化，将理论计算与相应的试验结果进行了比较分析。关键词:离心泵:非稳定状态;水力特性1引言尽管离心泵已在各行业获得了广泛应用，大多数场合，离心泵是在稳定工况下工作，即

2、其工作转速、负载等都是基本不变或缓慢变化的。稳态水力特性理论己相对成熟，离心泵稳态性能试验方法已有相应的试验标准川。但是，对启动、关闭、调阀等变工况下泵性能的理论研究及试验测试则相对较少。随着对离心泵瞬态性能的应用，人们开始关注非稳态工况下的性能，主要集中于实验测试方面。Tsukamotol"‘测试了低比转速离心泵的启动性能，Lefebvre'3，对武器发射系统甲的离心泵瞬态性能进行了测定。王乐勤”’对管路负载快速变化过程的混流泵瞬态特性进行了测试，试验结果表明，在高速变化阶段离心泵水力性能与稳态工况截然不同。本

3、文从理论上确定转速、扬程、流量随时间的变化关系，建立离心泵非稳定状态下的扬程公式，通过试验，验证理论分析的可靠性，建立一种可以预测启动阶段特性的方法。2离心泵非稳定状态下的扬程公式在惯性坐标系卜，离心泵内流体流动是复合运动，流体质点的绝对速度v等于相对速度伴与牵连速度“的矢量和:v=伴+wxr(1)式中。一叶轮的角速度矢量，厂一质点的矢径。由输运方程和质点系动量定理f51可得绝对坐标系下的质点加速度:Dvava=.二二一二二厂一十(v·0)v(2)titdt、⋯、._‘_.⋯、__，aF_，‘、.、.，二1_上_

4、、4*由此可见，离心泵内流体加速度由呐部分构成:弟一邵分-JJH,-1$A-qxEAWZ3Eat262由速度场的不稳定性引起的;第二部分是(v-v)v项，称为迁移加速度，由速度场的不均匀性引起。由方程(1)、(21)可得相对坐标系下的运动方程av，一dw_二-‘+(v(3)at+(WV,/W十丽dtx厂十‘wx伴+w“twx厂)从上式可以看出，在旋转的相对坐标系下的运动方程除保持了与绝对坐标系相同形式的两项外，还增加了角加速惯性力项、科氏力项和离心力项。再根据角动量定理和输运方程，可得流体加速时的角动量方程I(从

5、》)‘“(ro·v)pdV+工s(roxv)P(v·n)dA(4)方程左边是系统内质点上所有力的力矩矢量和，对于离心式水泵内部质点艺“。=ro‘FS+ro‘F.+T(5)式中r.x气为压强力对转轴的力矩，由于进出口截面上压强力沿径向分布r.x凡=0orox气为质量力对轴的力矩。由于轴对称，质量力的力矩相互抵消，故r,x气=0。T为外界施加于控制体上的力矩，所以(6)EMo一厂力矩T在单位时间对液体做功为TO，它等于单位时间内通过叶轮的液体从叶轮中得到的能量，即(7)TO=pgQHw为叶轮旋转角速度，Q是流体流量。

6、方程(2)的右边包括两部分:稳定项和非稳定项，对应于离心泵扬程有:(8)H二H,.+H=其中，稳定项广2、﹃、l功!1esQ

7、esHl‘!les--1j田r一se.(9).9l1Jes月、夕L、J式中，r为叶轮中水流相对转轴半径，A为叶轮过水断面积，W为排挤系数(与叶263片数和泵壳结构有关、，b为流道内切圆直径，al进口绝对水流角，刀:出口角。1卜稳定项H一K。餐一(K。·K一)豁(10)从上式可石·出水泵在非稳态工作过程中，非稳态理论扬程除了旋转加速附加扬程和水流加速消耗扬程外，还包括由于流动速度变化引起泵壳

8、中的附加压力而产生的扬程。。dr__1式中系数K，，一丁:·co‘趣，入，，=1一，一一二一二一丁，入，?，。=一，，二rdo。其中K二了A·sin‘卢一4汀‘的值仅与泵壳的儿何尺寸有关。根据以上分析，可以得到离心式水泵在叶轮加速的不稳定运行过程中的基本方程式，某一时刻瞬时理论扬程即为该时刻对应转速下的稳态扬程与非稳态扬程之和:一1十，1勿r-Ocot刀，、飞.1.~三竺竺，+万一了一一一)}一十二左、业一生(K.》、K.。)哩(，1)1趁﹂2劝1毋艺劝2班」309一dtg‘“‘“，”dt3离心泵启动试验研究3.

9、1试验装置及测试系统本文对一台型号为ISGSO一125的离心泵进行了启动试验研究，其设计转速29O0rpm，额定功率5.5曰，扬程20m，流量50m:1/h，叶轮直径125mm左右，泵进出口直径80m。泵试验装置如图1所示。琢专j遨寸东感冰汁铃妇叫汉水11{/一甚~5一八一2刊卜一斗一—一刁当妥钊1，.e一山日/硫、偏?ha!水汪成图1离心泵启动试验装置小型泵试验装置中流