叶片型线对离心油泵性能的影响

　　叶片型线是离心泵叶轮流面与叶片厚度中分面或叶片工作面的交线。叶片型线是决定叶片实际形状的重要几何要素。叶片型线通过改变叶片表面流体动力负荷来决定离心泵水力性能。一般可以通过三种方式改变叶片型线：⑴固定叶片进口角，改变出口角和包角；⑵固定叶片出口角和包角，改变进口角；⑶固定叶片进口角和出口角，改变包角。以离心泵为例，以离心油泵为例，对种改变叶片型线的方式进行过实验研究。本文以65Y60型离心油泵为例，对第二种改变叶片型线的方式进行实验研究，旨在检查第二种改变叶片型线的方式对离心油泵性能的影响，验证准三元叶片设计理论与方法是否有效。首先采用准三元叶片设计方法以反问题方式设计两个叶片进口附近型线不同的三元叶轮，设计时保持叶片轴面形状与原来的一元叶轮相同。然后将它们和原来的一元叶轮分别放入同一个泵体进行不同粘度下的性能实验，考察不同粘度下叶片型线对性能影响规律，为离心油泵叶轮水力设计提供依据。

　　2叶片设计方法与型线2.叶片设计方法本文采用基于叶片骨面（涡面）的准三元叶片设计理论与方法设计离心油泵叶片。设计时认为液体是理想流体，叶片骨面就是涡面。涡面上有附着（束缚）涡。涡面与S2rn流面形状相同。严格地说，流动滑移前涡面与S2，m流面形状相同，流动滑移后涡面与S2m流面形状不相同，需要按一定的假设规律修正。借助于分析S2rn流面流动与造型以后的叶片之间的不断迭代，设计出叶片骨面，后加厚骨面得到三维实体叶片。详细情况见。

　　准三元叶片设计方法由计算机完成。采用VisualBasic5.0面向对象的可视化语言编写了叶轮准三元流动分析程序和准三元叶片设计程序。

　　叶轮准三元流动分析程序包括贴体坐标生成程序和流场计算两个程序，它主要用于计算现有一元叶轮的内部流场，对流场进行诊断。

　　准三元叶片设计程序主要用于叶轮改型设计。

　　（背面）压力差与当地平均相对流速的速度头之比，利用Bern货让方程也负荷系数可以化简为沈加咖pubi油吨Huse.（a）前盖板大负荷差随扭角的变化利用该程序可以根据给定的离心泵设计参数，设计出叶轮轴面流道，计算出叶片形状，直到画出叶片剪裁图。同时还可以显示流场信息，以便修正设计，实现对设计过程的全程控制。由于程序设计时采用了面向对象的可视化语言，所以程序有友好简明的操作界面，大大提高了设计效率。

　　2.2叶片型线准三元设计时，保持叶轮轴面尺寸与形状、叶片数和出口部分20°包角范围型线不变，仅仅改变叶片进口附近的形状。设计流量Q=32m3/h，扬程H=60m，转速n =2950r/min.给出了原一元叶轮1D和新设计的两个三元叶轮3D-1、3D-2在前后盖板流面上的叶片工作面型线。表示前后盖板流面上叶片型线的切线方向与叶轮旋转相反方向夹角，即叶片角，随轴面流线长Lm的变化关系。由、2可见，一元叶轮1D与三元叶轮3D-1、3D-2叶片进口附近的型线明显不同。对于一元叶轮，前后盖板流面上叶片角都是先增加，然后减小。对于三元叶轮，前盖板流面上叶片角是先减小，而后增加；后盖板流面上叶片角是先增加，而后减小。这是一元叶轮与三元叶轮叶片型线的主要差别。

　　叶片角的变化2.3叶片表面流体动力负荷系数为了说明叶片型线对叶片水力性能的影响，计算了一元叶轮内部理想流体的流动，同时也将三元叶轮设计过程中的流场信息提取出来，画出叶片表面流体动力负荷系数沿无量纲叶片长Lb的分布曲线，。负荷系数是叶片压力面（工作面）与吸力面面的相对流速，W表示S2m流面上的平均相对流速。负荷系数越大，叶片压力面与吸力面压力差越高，叶片对液体做功越多，压力面相对流速越低，逆压力梯度增大，越容易引起脱流。不同流面上的负荷系数不相等则不同流面上叶片对液体做功不相等，压力沿叶片宽度方向发生变化，容易引起叶片宽度方向和平行于盖板方向的流动，即二次流动，产生附加水力损失，导致泵性能下降。由可知，无论一元叶轮还是三元叶轮，其前盖板流面上的负荷系数随叶片角变化不大，但是后盖板流面上的负荷系数角变化很大，并且叶片角越大，叶片负荷系数越大。因此，后盖板流面上的负荷系数分布可能对叶片水力性能产生较大影响。

　　（b）后盖板叶片负荷系数变化为了表示叶片型线对8叶片表面流体动力负荷系数的影响作用，本文规定6两个新概念，即叶片扭角4和大负荷差。叶片扭角表示后盖板流面上大叶2片角与相同半径处前盖板流面上叶片角之差，用△卩表示，即叶片扭角，表示叶片扭曲程度。AP越大，表示前后盖板流面之间叶片型线差别越大，即叶片扭曲越大；△P=0表示叶片没有扭曲，是圆柱形叶片。

　　大负荷差表示后盖板流面上大叶片负荷系数与相同半径处前盖板流面上负荷系数之差，用△Cw表示大负荷差越大，前后盖板流面之间的压力差越大，越容易引起二次流。表示大负荷差随叶片扭角的变化关系。由图可见，扭角△卩越大，大负荷差ACw也越高，因此可以通过扭角A卩控制叶片水力性能。对一定的比转速叶轮，应该存在使叶轮水力性能好的优叶片扭角AP. 3实验结果与讨论为了检验叶片型线对离心油泵性能的影响，建立了离心油泵输送水和粘油时性能实验台。与普通离心泵性能实验装置不同的是该装置安装了油温控制系统，以便控制粘油温度，改变粘油粘度。实验表明，该装置的流量、扬程、轴功率和效率的测量精度0.898在运动粘度v分别为1cSt（水）、29、45、75、98、134、188、255cSt（油）的条件下，分别对上述三个叶轮进行了性能实验。

　　分别表示在优工况扬程HBEP和效率lax随流量Q的变化关系。当粘度低于35cSt时，一元叶轮1D的扬程和效率都比三元叶轮3D-1、3D-2高；当粘度高于35cSt时，三元叶轮3D-1扬程和效率超出了一元叶轮1D，表现出良好的性能；但三元叶轮3D-2仅在个别粘度下扬程高于一元叶轮1D，而且其效率也比一元叶轮1D提高很少。因此，三元叶轮3D-2性能比一元叶轮1D没有明显优势。由前面可知，三元叶轮3D-2叶片进口扭曲比3EK大，其叶片进口附近可能产生旋涡，引起不同粘度下流态的改变，使优工况扬程出现波动。由此可见，适当增大叶片进口扭曲，即增大叶片扭角，可以提高离心油泵输送粘油的水力性能。

　　表示一元叶轮1D与三元叶轮3EK分别输送运动粘度为1cSt（水）、98和255cSt（油）时泵轮效率n的对比。输送清水（cSt）时三元叶轮3D-1效率比一元叶轮1D低1左右；但是随着被输送液体粘度的提高，三元叶轮3D-1效率逐渐超过一元叶轮1D.当输送粘度为98cSt和255cSt粘油时，效率提高2和4，大流量提高更多，有较明显的节能效果。

　　说明新设计的三元叶轮3D-1叶片的进口扭曲规律很好地适应了粘油流场，应用准三元叶片设计理论设计离心油泵叶片有效果。

　　表示优工况效率随叶片扭角的变化关系。随着被输送液体粘度的增加，优叶片扭角有逐渐增大的趋势。当粘度较低时，优叶片扭角为4°左右；当粘度较高时，优叶片扭角为14°左右。也4结论利用准三元叶片设计方法设计了比转速为46的65Y60型离心油泵叶片，研究了叶片型线对性能的影响，提出了叶片扭角和大负荷差两个新概念，得到不同粘度下优叶片扭角。得到如下结论：编制的贴体坐标系下的有限差分法离心泵准三元流动分析程序和叶片设计程序能够分析离心叶轮内部流动和设计离心泵叶片。

　　叶片进口附近的型线对离心油泵的性能有较大影响。

　　叶片扭角越大，前后盖板流面上的叶片表面流体动力负荷相差也越大；通过叶片扭角，可以控制两流上的叶片负荷差，从而控制叶轮内部二次流。

　　被输送液体运动粘度低于35cSt时，优叶片扭角为3°~5°；当粘度高于30cSt时，优叶片扭角为10.~15°三元叶轮效率比原有一元叶轮效率提高24，有较明显的节能效果。