超低比转数离心泵的特点与中高比转数离心泵相比,超低比转数离心泵的几何形状及性能曲线有其特殊性。超低比转数离心泵的几何形状特点如下:(1)超低比转数离心泵的流量较小,因而离心轮的叶片出口宽度通常较窄;(2)扬程通常很高,所以要求离心轮具有较大的外径;(3)离心轮叶片出口宽度小而外径大,故其叶片轴面流道窄而长,摩擦损失较大;(4)离心轮内平面流道扩散现象比较严重,离心轮叶片形状常采用圆柱形叶片。
因而超低比转数离心泵在设计时,减轻泵流道内涡流和脱流现象是关键所在。从理论上讲,在流道内易产生涡流和脱流的部位增添短叶片,会改善叶片出口处非工作面附近液流的速度分布情况,有效阻止边界层的分离和脱流的产生,同时可以采用较大的叶片出口角,提高离心轮的扬程系数,并且适当的减少进口叶片数,减少入口排挤,提高泵机组抗汽蚀性能。
诱导轮压力及速度分析两诱导轮进口面上的总压分布均匀而且明显比出口面上的总压低,出口面总压分布呈由轮毂向轮缘逐渐递增的规律,诱导轮进口总压低,出口总压高,这与诱导轮能增加流体扬程的功能相符合。诱导轮工作表面没有发现脱流或涡流流动,而背面的总压分布不很均匀,叶片外边缘处压力较高,从而也导致其相应位置的速度分布不均,有少量涡流现象。
离心轮压力及速度分析离心轮叶片表面的总压分布从进口到出口逐渐增加,而且分布比较均匀。另外同一半径面上长叶片工作面总压明显高于背面总压,因此叶片背面附近的液体有脱流现象。离心轮流道面上的相对速度分布总体上比较令人满意,但还是有涡流及脱流现象存在。蜗壳隔舌附近的长叶片工作面及背面周围有涡流。短叶片背面和工作面上流体的速度在大小上差异不大,方向均和长叶片表面流体一致。叶片工作面上速度分布很均匀,很有规律,而背面少部分流体的速度方向发生了变化,这说明短叶片的背面上出现了少量的涡流现象。
轴承、密封损失功率对于常规的泵机组,轴承、密封损失的功率所占比例不大,一般为总功率的1~3%,但对超低比转数泵机组来说,泵机组总功率很小,轴承和密封又借用了现有型号(泵机组功率约为该型号的4倍)使用产品,这样轴承、密封损失的功率就很大了。该型号泵机组轴承和密封损失约占总功率的20%。泵机组水力试验情况由于带诱导轮的超低比转数高速离心泵内部流动非常复杂,泵内各过流部件之间也相互影响,因此数值模拟与泵内的真实流动情况不能完全一致,为了获得泵的真实性能,要求对泵进行相关试验来验证泵机组结构设计是否满足使用要求。
运用流体计算软件FLUENT及其前处理软件GAMBIT对从诱导轮进口到涡壳出口整个离心泵内部流场的流动特性进行了模拟计算,泵内诱导轮、离心轮和蜗壳等的内部速度、静压和总压分布理想,流动特性较好。泵机组已参加了相关试验,从试验结果看,泵性能稳定,参数协调,满足使用要求。