王輝 曹紅霞

1　西安泵閥總廠有限公司，陜西省西安市 710025；

2　上海東方泵業(yè)（集團）有限公司，上海市 201906

摘要：低比轉速離心泵的機械損失主要是圓盤摩擦損失，且比轉速越低，圓盤摩擦損失就越大。因此，為了提高低比轉速離心泵的效率，主要任務之一是減小其圓盤摩擦損失。廣泛收集大量有關減小低比轉速離心泵圓盤摩擦損失的文獻，對這些方法進行分析、整理和概括，總結出一些常用有效的減小低比轉速離心泵圓盤摩擦損失的方法，為相關技術人員提供參考，以求提高這類泵的效率。

關鍵詞：低比轉速；離心泵；圓盤摩擦損失

Abstract：The mechanical loss of the low-speed centrifugal pump is mainly the loss of the disc friction, and the lower the rotational speed, the greater the friction loss of the disc. Therefore, in order to improve the efficiency of the low-speed centrifugal pump, one of the main tasks is to reduce the disc friction loss. A large number of literatures on the reduction of the friction loss of the centrifugal pumps with low specific speed are widely collected. The methods are analyzed, sorted and summarized, and some commonly used methods to reduce the friction loss of the low speed centrifugal pumps are summarized. For the relevant technical personnel to provide reference in order to improve the efficiency of such pumps.

Key words：Low specific speed；Centrifugal pump；Disc friction loss

1　前言

低比轉速離心泵結構上最大的特點就是葉輪外徑較大，葉輪旋轉時，其蓋板外側及外緣與介質摩擦引起的損失，稱為圓盤摩擦損失，該損失是低比轉速離心泵效率低的主要原因。因此，為了提高低比轉速離心泵效率，主要措施就是減小圓盤摩擦損失。

2　減小圓盤摩擦損失的方法

2.1　減小葉輪外徑Ｄ₂

大量國內(nèi)外研究人員提出的圓盤摩擦損失的計算公式，所有公式表明，圓盤摩擦損失與葉輪外徑Ｄ₂成正比，故最直接的方法即為減小葉輪外徑Ｄ₂^`1`。

葉輪外徑Ｄ₂通常由式（1）確定：

（1）

其中：---泵的轉速

---葉輪出口絕對速度的軸向分量

---無窮葉片數(shù)下的理論揚程

---葉輪進口圓周速度

---葉輪進口絕對速度的圓周分量

β₂---葉片出口角

2.1.1　增大葉片出口角β₂

由式（1）可知，若保證其他參數(shù)不變時，葉片出口角β₂越大，葉輪外徑Ｄ₂越小，則與Ｄ₂成正比的圓盤摩擦損失也越小。但β₂的過分增加也會對水泵的性能產(chǎn)生影響。β₂過大，會使葉片間流道彎曲嚴重，增加水力損失，揚程—流量曲線易出現(xiàn)駝峰，同時還易引起過載現(xiàn)象。β₂的選取應與葉輪其他幾何參數(shù)綜合考慮。

下面是統(tǒng)計大量優(yōu)秀模型泵β₂的選用情況，給出了β₂在一定比轉速范圍內(nèi)的推薦值，見表（1）

表1 β₂推薦值^`2`

2.1.2　增大葉片出口寬度b₂

泵的理論揚程一般由式（2）計算：（設）

（2）

式中：

---Stodola滑移系數(shù)

---容積效率

---葉片出口排擠系數(shù)

---理論揚程

---葉輪出口圓周速度

由式（2）可知，當達到同樣的理論揚程時，b₂增大，則D₂減小，進而減小圓盤摩擦損失。同時，b₂增加后，也有利于葉輪的鑄造。

中外研究人員先后統(tǒng)計給出了適用于低比轉速離心泵葉片出口寬度的計算公式，具體公式可參閱文獻`3``4`。但b₂的計算公式并不是唯一的，應綜合考慮泵的其他幾何參數(shù)及應用場合等因素，選取合理的葉片出口寬度。

2.2　減小圓盤摩擦損失的實驗研究

在葉輪與泵體組成的間隙流場中插入一自由旋轉圓盤的方法，來降低泵的圓盤摩擦損失。實驗結果表明，在插入圓盤前，葉輪轉速、葉輪與泵體間軸向間距增大會增加圓盤摩擦損失；在間隙流場中插入圓盤后，作用在葉輪的圓盤摩擦損失明顯減小。同時實驗表明，隨插入盤與葉輪距離減小，降阻效果增強；當插入盤直徑與葉輪外徑相同時，具有明顯降阻效果，減小插入盤直徑會使降阻效果減弱，甚至增加圓盤摩擦損失^`5`。

2.3　制造加工及工藝方面的改進措施

2.3.1　提高過流部件的表面粗糙度

表面粗糙度也是另一個影響圓盤摩擦損失的因素。因此，葉輪蓋板和泵體、泵蓋的與介質接觸的主要加工面的粗糙度對泵效率的影響也非常大。制造方面，在泵出廠實驗完成之后，應做好過流部件的除銹及防銹工作；在使用過程中，當泵用于間歇運轉或在現(xiàn)場長時間放置時，應完全清除水分并及時做好防銹處理^`6`。此外，在化工泵的設計過程中，在過流部件材料的選用方面應綜合考慮，選取適當?shù)姆冷P材料，盡可能減小過流部件的腐蝕，以避免腐蝕引起過流部件表面粗糙度的降低。

2.3.2　車削前后蓋板法

為減小圓盤摩擦損失，可適當車削葉輪的前后蓋板，使前后蓋板直徑減小，并在圓周方向和軸向方向倒圓葉片，使葉片突出為舌狀。這樣不僅避免了由于前后蓋板流線長度不同、流體流經(jīng)前后蓋板后在出口處所獲得的能量不同而產(chǎn)生由后蓋板到前蓋板的二次回流造成的水力損失，還適當?shù)販p小圓盤摩擦損失，同時還穩(wěn)定了流量——揚程曲線。車削長度在半徑方向上以1.5mm～2mm為宜^`6`。

3　結束語

本文就設計、工藝和使用過程等方面總結了幾種常用的減小低比轉速離心泵圓盤摩擦損失的方法。在設計過程中減小葉輪外徑是減小圓盤摩擦損失最直接的方法。此外，提高過流部件的表面粗糙度和在泵的使用過程中做好防銹處理工作也是至關重要的。

參考文獻

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