低比转速离心泵运行可靠性的研究

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低比转速离-12，泵是指比转速在2O～80之间的离心泵，广泛应用于石油化工 、农业排灌 、城市供水等方面，特别是小流量、高扬程的诚 1。

随着应用要求的提高，此类泵向比转速越来越低的方向发展。低比转速离心泵存在不同于-般离心泵的特点，在对其进行设计时，需解决效率过低、扬程曲线有驼峰、大流量运行时过载、易发生汽蚀等难题。由于-般常规设计方法均是针对中、高比转速离心泵，若对于低比转速离心泵仍按常规方法设计 ，必然使设计出的离心泵效率低、不稳定。本文通过对低比转速离 12，泵进行研究，探求提高低比转速离-fl，泵运行可靠性的方法，为低比转速离心泵的设计提供参考。

1.影响低比转速离心泵可靠性的因素低比转速离心泵很容易产生不稳定的现象，如在进口出现回流和出口出现脱流而导致离心泵流量扬程曲线易出现驼峰；由于流量功率曲线呈上升趋势 ，大流量运行时电机过载甚至烧坏原动机；工作转速提高 ，离心泵叶轮叶片的进口速度增加 ，使离心叶轮的汽蚀性能变差；以及存在密封问题 、轴向力平衡问题和润滑问题等，这些都影响泵的可靠性。

2.提高低比转速离心泵运行可靠性的方法2.1消除流量扬程曲线上的驼峰对于低比转速离心泵，当运行 况位于小流量区时容易出现具有驼峰的特性曲线 ，因而泵在小流量区运行时容易出现不稳定现象。其主要特征表现为流动参数发生波动，管路有振动和哮喘产生，甚至使泵无法正常运行。

为了提高离心泵运行中的可靠性，应设法消除流量扬程曲线上的驼峰，使有极大值的曲线变为连续下降的曲线：许多水泵科技工作者在这方面做了大量的理论分析和试验研究工作 。从结构上可以设置产生预旋的前置导叶、斜切叶轮出口边 、减少叶片数、选认小的叶片出口角和选取适当的叶轮出口宽度 、设计变螺距诱导轮和复合叶轮等方法。在理论上采用面积比原理设计法，通过研究叶轮出口过流面积与泵体喉部面积之比Y对驼峰的影响，合理选择Y，从而获得无驼峰的扬程曲线〃议面积比y1.5-3.0。

2.2采用无过载设计方法离心泵的固有特性之-是轴功率曲线总是随流量增加而不断上升，比速越低，轴功率曲线随流量增加上升越快。而很多情况下最大功率出现在大流量区，即最大轴功率远高于设计工况下的轴功率，使泵特别是低比转速离 12，泵在大流量低扬程工况运行时极易产生过载甚至烧坏电机。

为了防止过载，若根据运行范围内的最大轴功率配用动力，增大电机容量 ，造成大马拉小车”的现象，必将导致能源的浪费 。无过载设计方法是要综合考虑设计工况和最大轴功率点的优化设计，设计出具有陡降扬程曲线和平坦轴功率曲线的泵，设法使最大轴功率位置尽量接近设计点，使泵的轴功率在关死点扬程到零扬程范围内都不大于配套电机功率，在扬程流量曲线上各工况点均能安全可靠地运行。从而解决低比转速离心泵在大流量区运行易过载的问题。该法的主要措施是减小B 、b 、F 等参数，但会带来不良后果 ，如流道较狭窄，包角较大 ，不利于铸造和效率有所下降等。此法对于出口无流量调节阀的农用及工程用低比转速离心泵来说，由于是通过改变离心泵的水力设计，而不增加任何辅助设备来避免过载，故该法是最简便和廉价的。

23提高泵的抗汽蚀能力汽蚀不但使泵的性能下降、流量减孝能耗增加，而且使过流部件被剥蚀破坏，缩短泵的寿命 ，甚至造成严重事故。工作转速提高，离心泵叶轮叶片的进 VI速度增加使离心叶轮的汽蚀性能变差。为了提高泵的抗汽蚀能力，可从以下三个方面着手 。

第- ，改进离心泵本身的结构或结构型式，降低泵 自身在给定设计条件下的必需汽蚀余量值，可采取如下措施：(1)采取改进泵的吸入VI至叶轮叶片人 口附近的结构 ：适当加大叶轮吸人 VI处的直径；减小轮毂直径和加大叶片入口边的宽度；适当减小叶片进口的厚度(叶片进 VI削· - - - 372·---薄)；将叶片进 i21边向泵吸入VI方向前伸，使液流提前接受叶片做功。

(2)合理的选择叶片数及叶片形状：适当减少叶片数，以减轻叶片进口排挤程度，对低比转速泵尤为适用；选用扭曲叶片以适合液流方向。(3)采用双吸叶轮：让液流从叶轮两侧同时进入叶轮，用于大流量泵。(4)采用诱导轮：在叶轮前加装诱导轮，使液流在前置诱导轮中接受诱导叶片做功，以提高液流的压力。(5)采用适当的叶片进121正冲角：可增大叶片进El芭角 ，减小叶片进El处的弯曲，减小叶片阻塞，增大叶片进口面积。(6)采用抗汽蚀材料：用抗汽蚀性能强的材料制造叶轮，以延长使用寿命，如不锈钢2Cr13、稀土合金铸铁等。

第二，合理的设计泵前装置及其安装位置，以使泵入口具有足够大的有效汽蚀余量，可采弱小装置的安装高度、采用倒灌型式 、提高吸液池液面压力和减小吸人管路的阻力等措施。

第三，应用表面防护技术。表面防护技术可显著地提高泵的叶片、蜗室等过流部件的抗汽蚀、磨蚀性能 ，可以几倍、十几倍地延长其使用寿命，具有极大的经济效益和社会效益。如表面粘涂技术、硬质合金堆焊技术、热喷涂技术、合金粉末喷焊和激光表面处理等 ，。另外还可以应用PLC对泵速和流量进行调节，避免汽蚀的发生 。

2.4采用机械密封机械密封具有工作可靠、泄漏量少 、使用寿命长和适用范围广等优点，在离心泵中获得了广泛应用。机械密封的结构形式，主要根据摩擦副的数量、弹簧数量、弹簧是否与介质接触、弹簧运动或静止等来加以区别。应用时，需考虑介质的种类、温度 、压力 、转速等选择相应的结构形式，并进行精心的维护。低比转速高速离心泵上的机械密封主要采用的是内装静止内流型多弹簧的结构形式。

2.5平衡轴向力常采用叶轮上的平衡孔 、平衡盘 、平衡鼓以及叶轮对称布置等办法来平衡轴向力。其中，平衡孔用于要求扬程比较低的情况；对称布置叶轮用于液体中含杂质或频繁起动的诚。

2.6监测系统与故障诊断低比转速离 fl，泵运行中-旦出现某些参数的异常，要想判断造成这种异常的原因是极其困难的。如若单靠操作人员凭经验或找专家来研究和判断，由于经验的局限性 、繁琐的专家咨询过程造成的时问延误、人的主观性，都会给诊断带来延误和错误，因此，对低比转速离心泵运行进行状态监测与故障诊断很有必要。国内外已经研制开发了-些针对离心泵的故障诊断系统，经过检测设备状态的特征信号 、从特征信号中提取有关征兆，进行状态识别过程和预报决策等步骤.从而实现对离 12，泵的状态检测和故障诊断。

3.结束语对于低比转速离心泵运行存在的流量扬程曲线易出现驼峰、大流量运行时电机过载、离心叶轮的汽蚀性能变差以及密封问题和轴向力平衡等问题，必须引起足够的重视，并采取有效措施予以解决，以保证低比转速离 12，泵运行的可靠性和寿命。