20世纪70年代和80年代,沈阳水泵研究所、中国农业机械研究院、中国农业大学等单位在离心泵水力模型开发方面开展了很多工作,积累了许多优秀的水力模型。并且由沈阳水泵研究所负责组织并陆续出版了两期“离心泵水力模型汇编”,为国内各企业的离心泵水力模型设计提供了丰富的模型库。
传统水力设计方法
1 相似换算法
相似换算法是建立在相似理论基础上的一种方法,通过在一台模型泵的基础上对相似模型泵的尺寸进行放大或缩小来得到所要设计的泵尺寸 。对完全相似的泵来说,比转速ns 相等。在相似工况下,假设实型泵和模型泵的效率相等,已知一台泵的几何形状和性能参数,利用相似定律,按照比例放大或缩小为另一台几何相似的泵,并换算出相应的性能曲线。这种设计方法要求要有一个水力模型库。
2 速度系数法
速度系数法是以速度系数图来进行设计的。实质上,它仍然是基于相似理论基础的一种相似换算法,它同样要求有好的泵模型,设计时按ns 选取速度系数,并作为水力尺寸的依据。它们的各项系数都是在比转速大于或等于30 r/min的情况下取得的,也就限制了它们用于较低比速和超低比速离心泵的设计。目前已有不少人对这种图进行了改进 ,并用此方法进行泵的设计和优化。
3 面积比试验方法设计法面积比设计法是根据Anderson的面积比试验方法进行设计的,即用面积比绘制扬程系数和流量系数的形式来修正标准化的设计数据。其目的是根据不同的设计要求寻找较佳的叶轮和泵体匹配;其依据是不同的叶轮和泵体匹配将产生不同的泵性能;其实质是将叶轮和泵体作为一个整体来系统考虑;其方法是综合考虑设计参数、经济性、工艺性和可靠性等的优化设计。
4 加大流量设计法
加大流量设计法依据低比速泵在小流量范围内运行时,效率随流量的增加而迅速提高,并将给定流量和比转速放大作为设计参数来设计一台较大的泵在小流量处作小泵使用。这样的泵不仅在设计点处效率有较大提高,而且在整个使用范围内平均效率均有一定程度的提高。
5 短叶片偏置法
短叶片偏置设计的目的是为了改善离心泵叶轮和泵体内的速度与压力分布,以提高泵的性能。其依据是叶轮内速度和压力分布随叶轮流道形状和叶片形状而变化;其方法是综合考虑设计工况和流道几何形状及其工艺性的优化设计;其主要措施是在两相邻长叶片中间设置超短叶片,并向长叶片背面偏置;其不良后果是可能带来铸造工艺的困难。
水力设计进展
目前基于经验数据和设计理论的一元设计理论已经相当成熟,一元设计理论也是当前普遍采用的设计理论,而人们在设计过程中也已经积累了很多优秀的水力模型。因此对于普通化工泵产品,设计者已经能够设计出一些水力性能比较优秀的模型,并能较好的满足用户的使用要求。
离心泵内部流动是一个全三维的复杂流动,普通设计人员对于内部流动特性的了解比较有限,而对于一些特殊用途的离心泵,采用一元设计理论设计的水力模型并不能完全满足要求。因此,优化设计也随之出现。开始阶段,它是在基于经验的一元设计基础上,采用优化设计理论,以某些参数为目标对水力模型和结构参数进行优化来获得较好的水力性能,在优化设计过程中相应出现了性能预测和流动分析问题。对于水力旋转机械的流动分析和性能预测,目前已经开始大量应用计算流体动力学(CFD)技术进行全流场的三维数值模拟[ 14216 ] ,基于流场模拟预测性能,改进不利于性能提高的流动结构,改善叶片负荷,提高效率。通过多年的发展,这类方法能够较好的用于离心泵的工程设计和优化。
基于内流场三维流动模拟的离心泵优化设计将是一个重要手段,正在成为离心泵设计过程中的关键步骤。其与反问题设计技术相互配合,并且与CAD 技术、CAM技术、人工智能技术等结合,能够实现高效水力模型的快速、智能化设计和制造。
基于应用需求和发展离心泵技术的需要,并且依赖于计算机、计算流体力学以及计算机辅助设计等领域的技术发展,人们已经在一元设计方法的改进、优化设计和内部流动数值模拟等方面开展了诸多工作,其中包括国外较为先进的CAD /CFD交互设计技术,使得离心泵的设计逐步从一元流设计向三元流设计方向发展。这些工作促进了离心泵设计理论的发展,使得包括离心式化工泵在内的许多离心泵的水力性能得到了明显提高。
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离心泵运行中的维护
离心泵在正常使用中要定期进行维护，否则有可能会因为一些小故障发现不及时对泵造成更大的损坏。下面介绍下正常离心泵运行中的维护内容主要油品哪些。 ①润滑： 离心泵在正常运行一段时间后，要经常检查润滑剂的质量和油位。 检查润滑剂的质量，因为泵的润滑油箱内可能被输送介质或者介质中的其它物质进入而影响泵的正常运行。润滑剂的质量可用肉眼观察或定期取样分析。可从油位标记上看出润滑油的油位，判断是否缺少润滑油。 新泵运行一周后应换油一次，大修时换了轴承的泵也应换油。因为新的轴承和轴运行跑合时有异物进入油内，必须换油。以后每季换油一次。化工用泵所用的润滑脂和润滑油要符合质量要求。 ②振动： 泵在运行中，由于零配件质量和检修质量不好，操作不当或管道振动影响等原因，往往会产生振动。如果振动超过允许值，应停车检修，免使机器受到损坏。表2-10为离心泵振动值允许范围。 ③轴承温升： 泵在运行过程中，如果轴承温升很快，温升稳定后轴承温度过高，说明轴承在制造或安装质量方面有问题；或者轴承润滑油（脂）质量、数量或润滑方式不符合要求。 若不及时处理，轴承有烧坏的危险。离心泵轴承温度允许值为：滑动轴承<65℃；滚动轴承<70℃。该允许值是指运行一段时间后轴承温度的允许范围。新换上的轴承，运行初期，轴承温度会升得较高，运行一段时间后，温度会下降一些，并稳定在某一数值上。 ④离心泵运行性能： 泵在运行过程中，如果液体来源无变化，进出口管线上阀门的开度未变，而流量或进出口压力变化了，说明泵内或管道内有故障，要迅速查明原因，及时排除，否则将造成不良后果。 ⑤机组声响泵在运行过程中发出的声响，有的是属于正常的，有的则属于非正常的。对于非正常的声响，引起离心泵异响主要有流体和机械两个方面的原因。 流体方面的原因如离心泵进口流量不足，造成汽蚀，发出噪声；泵出口管线中窝气，引起水击、发出的冲击响声等。 机械方面是因为轴承质量不符合要求或损坏；泵的动静部分间隙不合适，引起摩擦；轴弯曲引起内部摩擦；零件损坏脱落；泵内落入异物等。要及时查明原因并且消除。
