離心泵可調(diào)前置導(dǎo)葉的水力設(shè)計(jì)及試驗(yàn)分析

1、離心泵可調(diào)前置導(dǎo)葉的水力設(shè)計(jì)及試驗(yàn)分析桂紹波 曹樹良 梁開洪(清華大學(xué) 水沙科學(xué)與水利水電工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,熱能工程系 北京 100084)摘要：借鑒傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)前置導(dǎo)葉調(diào)節(jié)的經(jīng)驗(yàn)，并針對其采用的二維翼型在葉片輪轂處由于翼型弦長較短、對流體控制能力較差的缺陷，本文提出了一種全新的適用于離心泵前置導(dǎo)葉預(yù)旋調(diào)節(jié)的空間導(dǎo)葉水力設(shè)計(jì)方法，該方法假定前置導(dǎo)葉出口的流體滿足等速度矩條件，通過四次分布函數(shù)給定葉片安放角沿軸面流線的分布規(guī)律來控制葉片的空間形狀，采用逐點(diǎn)積分法進(jìn)行葉片骨線的繪型，并在圓柱展開面上對葉片骨線雙面加厚來完成三維空間導(dǎo)葉的水力設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上，將該導(dǎo)葉和二維導(dǎo)葉分別應(yīng)用于某臺工業(yè)離心

2、泵并對其在給定軸向位置和不同的預(yù)旋角下進(jìn)行了離心泵性能試驗(yàn)。結(jié)果表明：三維導(dǎo)葉能夠有效的改進(jìn)二維導(dǎo)葉的不足，并拓寬離心泵的高效運(yùn)行范圍，改善其在非設(shè)計(jì)工況下的水力性能，且與無前置導(dǎo)葉工況相比，最高效率可以提高2.13，從而達(dá)到了為離心泵增效節(jié)能的目的。關(guān)鍵詞：空間導(dǎo)葉 預(yù)旋調(diào)節(jié) 離心泵 試驗(yàn)研究中圖分類號：TH3120 引言隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工程運(yùn)行中的節(jié)能問題越來越受到重視。泵作為一種通用機(jī)械，它的應(yīng)用范圍極其廣泛并消耗大量的能源。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料,泵的耗能約占世界總能耗的20%,在化工行業(yè)中高達(dá)26%,而在電力和石油行業(yè)中更是分別高達(dá)50%和59%1。離心泵更是由于實(shí)用范圍廣(包括流量、揚(yáng)程

3、及對輸送介質(zhì)的適應(yīng)性)、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、操作容易、操作費(fèi)用低等諸多優(yōu)點(diǎn)在工農(nóng)業(yè)等行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。由于在多數(shù)情況下離心泵都在一定的工況范圍內(nèi)工作，所以除了提高離心泵設(shè)計(jì)點(diǎn)的效率之外，尋求一種高效的工況調(diào)節(jié)方式也是一種有效的節(jié)能新途徑。*國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(50776052)*北京市科委2006年度科技計(jì)劃重大資助項(xiàng)目(D0606005040411)目前離心泵常用的工況調(diào)節(jié)方法主要有兩種：節(jié)流調(diào)節(jié)和變速調(diào)節(jié)。節(jié)流調(diào)節(jié)能量浪費(fèi)問題嚴(yán)重。變速調(diào)節(jié)因需要復(fù)雜的變頻設(shè)備及其對變速范圍的要求，因此在一定程度上也限制了其使用范圍。進(jìn)口預(yù)旋調(diào)節(jié)技術(shù)在50年代初應(yīng)用于風(fēng)機(jī)工況調(diào)節(jié)，并取得了較好的調(diào)節(jié)效

4、果2,3,4,5。正是借鑒風(fēng)機(jī)中預(yù)旋調(diào)節(jié)的經(jīng)驗(yàn)，從80年代后期開始，國內(nèi)外一些學(xué)者在水泵預(yù)旋調(diào)節(jié)方面也做了一些基礎(chǔ)性的研究工作，但基本上是關(guān)于混流泵和軸流泵預(yù)旋調(diào)節(jié)方面的論述。對于離心泵來說，由于其葉輪流道長而窄、葉輪內(nèi)外徑相差較大等特點(diǎn)，目前對其加裝前置導(dǎo)葉進(jìn)行預(yù)旋調(diào)節(jié)的相關(guān)研究還較為少見。預(yù)旋調(diào)節(jié)主要有兩個(gè)作用：（1）改變水泵特性曲線的形狀；（2）節(jié)流作用。當(dāng)前置導(dǎo)葉預(yù)旋角較小時(shí)，通過改變導(dǎo)葉的預(yù)旋角使得離心泵葉輪葉片進(jìn)口前除了軸向速度分量外，還有圓周速度分量，此時(shí)預(yù)旋調(diào)節(jié)占主導(dǎo)作用；而當(dāng)預(yù)旋角較大時(shí)，由于前置導(dǎo)葉葉片區(qū)流道狹窄則此時(shí)節(jié)流調(diào)節(jié)占主導(dǎo)作用，因而調(diào)節(jié)效率相對較低。但是如果前置導(dǎo)

5、葉的葉型設(shè)計(jì)合理，具有良好的水力性能，且與泵葉輪進(jìn)口良好匹配，則產(chǎn)生的流動損失和水泵葉輪進(jìn)口沖擊損失也就較小，因此有望提高離心泵的水力性能。本文基于水力機(jī)械水力設(shè)計(jì)基本理論，提出了一種新的離心泵前置導(dǎo)葉的設(shè)計(jì)方法，并應(yīng)用該方法完成了三維空間前置導(dǎo)葉葉片的水力設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用該導(dǎo)葉和傳統(tǒng)的二維導(dǎo)葉裝置就同一臺工業(yè)離心泵進(jìn)行了試驗(yàn)研究，討論了前置導(dǎo)葉對離心泵特性曲線的影響，并對比了兩者的調(diào)節(jié)效果。本研究成果為離心泵尋求最優(yōu)的工況調(diào)節(jié)方式和前置導(dǎo)葉的水力設(shè)計(jì)提供了有益的參考。1 前置導(dǎo)葉的水力設(shè)計(jì)方法前置導(dǎo)葉的水力設(shè)計(jì)需要依次完成：（1）確定前置導(dǎo)葉葉片的軸面流道形狀；（2）計(jì)算軸面流場；（3

6、）葉片繪型；（4）葉片加厚。1.1 前置導(dǎo)葉葉片的軸面流道形狀考慮離心泵葉輪進(jìn)口吸水室形狀的影響和啟閉導(dǎo)葉的需要，取前置導(dǎo)葉的輪轂和輪緣過流面均為圓柱面，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定導(dǎo)葉葉片的進(jìn)口邊形狀，這樣導(dǎo)葉的軸面流道也就可以完全確定。前置導(dǎo)葉的水力設(shè)計(jì)參數(shù)則由泵的性能參數(shù)和葉輪葉片進(jìn)口邊的幾何參數(shù)來確定。 1.2 軸面流場的計(jì)算 本文采用流線曲率法來計(jì)算軸面流場。流線曲率法的實(shí)質(zhì)是求解軸面速度沿準(zhǔn)正交線的分布。參考圖1所示軸面流場計(jì)算示意圖，對于軸面有勢流動，沿準(zhǔn)正交線的軸面速度梯度方程可表示為6：式中：軸面速度準(zhǔn)正交線長度r軸面投影半徑排擠系數(shù)軸面流線長度軸面流線切向與軸線之間夾角準(zhǔn)正交線法向與軸面

7、流線切向間的夾角式（1）的通解為： （2） 將式（2）沿準(zhǔn)正交線從輪轂至輪緣積分，則可得流量和準(zhǔn)正交線長度關(guān)系曲線以及積分常數(shù)：式中：輪轂處的軸面速度輪轂處準(zhǔn)正交線長度輪緣處準(zhǔn)正交線長度通過導(dǎo)葉的總流量考慮到在劃分軸面流線時(shí)假定通過由兩條軸面流線所組成的子流道流量相等，因此通過輪轂和第j條軸面流線之間的流量應(yīng)該滿足： （3）其中，n表示從輪轂至輪緣軸面流線條數(shù)。通過將式（3）計(jì)算值在曲線上進(jìn)行插值來調(diào)整前次計(jì)算的軸面流線與準(zhǔn)正交線的交點(diǎn)坐標(biāo)以不斷修正軸面流線形狀，并在新的軸面流網(wǎng)中重新求解軸面速度梯度方程（1）式。如此反復(fù)，直到計(jì)算收斂為止，從而最終確定軸面流網(wǎng)，完成軸面流場的迭代計(jì)算。圖1

8、軸面流場計(jì)算示意圖1.3 前置導(dǎo)葉葉片繪型 在葉片無限多、無限薄的軸對稱假設(shè)下，通過給定葉片安放角沿軸面流線的分布規(guī)律并積分葉片的骨線微分方程完成葉片繪型?？臻g葉片的骨線微分方程可表示如下： （4）對（4）式在葉片區(qū)積分，則有： （5）其中：葉片包角葉片安放角葉片區(qū)軸面流線長為完成方程（5）的積分，則需要給定葉片安放角沿軸面流線的分布規(guī)律和葉片進(jìn)出口邊的安放角和值。定義葉片進(jìn)出口安放角差值為：。則葉片安放角沿軸面流線的變化規(guī)律可用下式描述： （6）式（6）中為一無量綱的葉片安放角分布函數(shù)，通過該函數(shù)來調(diào)整葉片的空間幾何形狀，且，可由一四階多項(xiàng)式描述： （7）式（7）中表示葉片區(qū)軸面流線的相對長

9、度，a、b、c、d和e為系數(shù)，其值可由下列條件確定：在葉片進(jìn)口和出口，葉片安放角應(yīng)滿足給定值，即，；在葉片進(jìn)口附近，為使流動平滑過渡，水力損失較小，當(dāng)x0時(shí)，?。辉谌~片出口，為滿足條件，當(dāng)x=1時(shí)，??；為調(diào)整葉片安放角的分布規(guī)律，取一內(nèi)點(diǎn)，使為給定值。在本文的設(shè)計(jì)中，考慮導(dǎo)葉葉片進(jìn)口為軸向流，為減少導(dǎo)葉進(jìn)口沖擊損失，取葉片進(jìn)口安放角。下面重點(diǎn)討論前置導(dǎo)葉出口邊安放角的確定方法。傳統(tǒng)的用于風(fēng)機(jī)前置導(dǎo)葉預(yù)旋調(diào)節(jié)的葉片，其截面形狀均為二維平面葉柵，因此通常直接取為90°。但此類導(dǎo)葉主要有三個(gè)缺點(diǎn)：其一，由于結(jié)構(gòu)上的限制使其在輪轂處的翼型弦長較短，因而控制水流方向能力較差；其二，在離心泵葉輪

10、葉片的水力設(shè)計(jì)時(shí)，為改善其在大流量工況下的水力性能，通常在葉輪葉片進(jìn)口安放角的設(shè)計(jì)計(jì)算值上加3°5°的沖角給予修正，因此如果配置二維前置導(dǎo)葉，離心泵在設(shè)計(jì)流量下運(yùn)行時(shí)在葉輪進(jìn)口必然產(chǎn)生較大的沖擊損失；其三，離心泵在小流量工況運(yùn)行時(shí)，葉輪進(jìn)口處的流體質(zhì)點(diǎn)由于受到回流的影響，在其葉片進(jìn)口附近具有一定的圓周速度分量，且該速度沿軸向和徑向分布不均7，另一方面又由于葉輪外徑和葉片出口安放角一般是相等的，因此葉輪流道內(nèi)每條軸面流線上的流體質(zhì)點(diǎn)在葉片區(qū)所獲得的能量必然不等，從而導(dǎo)致在葉輪葉片出口位置出現(xiàn)回流。當(dāng)葉輪進(jìn)口前布置二維導(dǎo)葉后，雖有助于改善進(jìn)口流場分布而緩解進(jìn)口回流損失，但當(dāng)二維

11、前置導(dǎo)葉位于非0°的預(yù)旋角時(shí)，流體質(zhì)點(diǎn)在葉輪進(jìn)口仍然不滿足等環(huán)量條件，所以葉輪出口的回流損失仍然沒能從根本上去除。圖2 前置導(dǎo)葉出口及葉輪進(jìn)口速度分布針對以上問題，在本文中的確定采用如下方法。如圖2所示，表示無前置導(dǎo)葉時(shí)離心泵在設(shè)計(jì)流量下葉輪進(jìn)口的速度三角形，表示安裝前置導(dǎo)葉后在設(shè)計(jì)流量下葉輪進(jìn)口滿足無沖擊進(jìn)口時(shí)的速度三角形。假定位于平均軸面流線上的流體質(zhì)點(diǎn)經(jīng)三維前置導(dǎo)葉預(yù)旋作用后，在設(shè)計(jì)流量下離心泵葉輪進(jìn)口滿足無沖擊條件，如所示。即有： （8）其中：為葉輪葉片進(jìn)口安放角，為設(shè)計(jì)流量下葉輪進(jìn)口軸面速度。且前置導(dǎo)葉出口至葉輪進(jìn)口無外力矩作用，因此： （9）在前置導(dǎo)葉出口，由導(dǎo)葉出口速度

12、三角形可得： （10）其中，為平均軸面流線上導(dǎo)葉出口的安放角，為設(shè)計(jì)流量下前置導(dǎo)葉出口軸面速度。根據(jù)式(8)-式(10)，則可以確定。其他軸面流線上的導(dǎo)葉葉片出口安放角則可通過假定液流在導(dǎo)葉出口滿足等環(huán)量條件來計(jì)算，即令滿足： （11）綜合上述條件，前置導(dǎo)葉葉片安放角的分布規(guī)律可完全確定。本文設(shè)計(jì)導(dǎo)葉從輪轂到輪緣共11條軸面流線上葉片安放角的分布規(guī)律如圖3所示。圖3 葉片安放角沿相對軸面流線長的分布規(guī)律1.4前置導(dǎo)葉葉片加厚及三維造型在葉片的空間骨線完全確定后，將葉片表面的空間流線在圓柱面上展開，并采用雙面加厚的方法，對葉片進(jìn)行加厚，從而確定葉片吸力面和壓力面的空間幾何形狀。為了使導(dǎo)葉具有良好

13、的水力性能，采用如圖4所示的RAF-6空氣動力學(xué)翼型的厚度分布規(guī)律進(jìn)行加厚，翼型的最大厚度按照強(qiáng)度和工藝要求確定，在本文中取葉片最大厚度為。加厚完成之后，為改善葉片頭部和尾部形狀，對頭部和尾部進(jìn)行修圓處理，最終完成三維葉片的水力設(shè)計(jì)。圖5給出了不同半徑位置上三維導(dǎo)葉的翼型截面形狀。圖4 葉片厚度沿相對軸面流線長的分布規(guī)律(a) Hub(b) Midspan(c) Tip圖5 不同半徑位置前置導(dǎo)葉翼型截面圖2 前置導(dǎo)葉離心泵的能量特性試驗(yàn)2.1試驗(yàn)裝置為驗(yàn)證本文前置導(dǎo)葉設(shè)計(jì)方法的有效性，按照本文方法設(shè)計(jì)加工了一套離心泵三維前置導(dǎo)葉裝置，并對該裝置和一臺離心泵進(jìn)行了外特性試驗(yàn)驗(yàn)證。試驗(yàn)研究對象主要

14、由前置導(dǎo)葉裝置和XA150/32型離心泵組成。該離心泵的結(jié)構(gòu)尺寸及轉(zhuǎn)速如表1所示。將按上述方法設(shè)計(jì)的6枚空間前置導(dǎo)葉沿管壁周向均勻布置于試驗(yàn)離心泵的吸水管中，取前置導(dǎo)葉出口至葉輪進(jìn)口的軸向距離為6倍前置導(dǎo)葉的平均弦長，且在本次試驗(yàn)過程中保持前置導(dǎo)葉的軸向位置不變。通過調(diào)節(jié)前置導(dǎo)葉的控制機(jī)構(gòu)來改變前置導(dǎo)葉的預(yù)旋角度，調(diào)節(jié)完畢后采用鎖緊裝置將6枚前置導(dǎo)葉固定以確保試驗(yàn)過程中導(dǎo)葉預(yù)旋角不變。定義前置導(dǎo)葉進(jìn)口邊葉片骨線的切向與軸向一致時(shí)預(yù)旋角為0°，當(dāng)前置導(dǎo)葉出口的圓周速度和葉輪轉(zhuǎn)向一致時(shí)，則稱為正預(yù)旋，此時(shí)前置導(dǎo)葉預(yù)旋角，反之則稱為負(fù)預(yù)旋。表1.XA150/32型試驗(yàn)離心泵結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)速吸入管

15、直徑葉片進(jìn)口直徑葉輪外徑葉片數(shù)轉(zhuǎn)速D0/mmD1/mmD2/mmZn/ rmin120014032961450試驗(yàn)裝置示意圖如圖6所示。水泵進(jìn)口取壓孔（真空表安裝位置）位于與離心泵前置導(dǎo)葉調(diào)節(jié)裝置進(jìn)口法蘭同心同直徑的吸水管上游，且距離該法蘭面兩倍進(jìn)口管徑；出口取壓孔(壓力表安裝位置)設(shè)在距離離心泵出口法蘭面兩倍出口管徑的下游；電磁流量計(jì)安裝于離心泵出水管中，且水平布置，其前后直管段長度滿足大于5倍管路直徑的安裝要求；離心泵的軸功率和轉(zhuǎn)速則采用扭矩轉(zhuǎn)速儀測量。實(shí)驗(yàn)臺系統(tǒng)綜合誤差。圖6前置導(dǎo)葉離心泵試驗(yàn)裝置示意圖2.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析無前置導(dǎo)葉時(shí)，試驗(yàn)離心泵的能量特性曲線如圖7所示。泵的最高效率為

16、76.63%，對應(yīng)的流量為342.43 m3/h，揚(yáng)程為30.1 m。圖7 無前置導(dǎo)葉時(shí)試驗(yàn)離心泵能量特性曲線2.2.1前置導(dǎo)葉對離心泵效率的影響圖8給出了前置導(dǎo)葉在正預(yù)旋工況、不同預(yù)旋角度時(shí)的流量效率曲線。由圖可見，當(dāng)前置導(dǎo)葉預(yù)旋角為0°時(shí)，此時(shí)測得試驗(yàn)離心泵的效率最高，其值為78.76，比未安裝前置導(dǎo)葉離心泵的效率值高出2.13。隨著正預(yù)旋角度的不斷增加，離心泵最優(yōu)工況點(diǎn)的位置逐漸向小流量區(qū)移動，且最高效率值逐漸降低，但均比相同流量工況下無前置導(dǎo)葉時(shí)要高。同時(shí)由該圖還可以看出，隨著正預(yù)旋角度的增加，離心泵在小流量工況下的運(yùn)行效率逐漸提高，說明正預(yù)旋調(diào)節(jié)能夠改善離心泵在小流量工況運(yùn)

17、行時(shí)的水力性能。其原因可能是由于在正預(yù)旋工況下，三維前置導(dǎo)葉能夠有效的抑制在小流量工況下葉輪進(jìn)口的回流，改善了葉輪進(jìn)口的流動狀態(tài)，從而減小了葉輪進(jìn)口和出口的回流損失。圖8 正預(yù)旋時(shí)試驗(yàn)離心泵流量效率曲線圖9 負(fù)預(yù)旋時(shí)試驗(yàn)離心泵流量效率曲線圖9給出了前置導(dǎo)葉在負(fù)預(yù)旋工況下、不同預(yù)旋角度時(shí)的流量效率曲線。由圖9可以看出，當(dāng)預(yù)旋角度從0°變化至-24°時(shí)，離心泵最優(yōu)工況點(diǎn)的位置的變化范圍為343.23351.74 m3/h，即最高效率點(diǎn)逐漸向大流量區(qū)移動，且效率曲線變得相對平坦，高效區(qū)的范圍與正預(yù)旋相比要寬。繼續(xù)增加負(fù)預(yù)旋角，最優(yōu)點(diǎn)的位置則開始向小流量區(qū)偏移，且最高效率值隨著負(fù)預(yù)

18、旋角度的增加而迅速降低，說明適當(dāng)?shù)呢?fù)預(yù)旋能夠提高離心泵的運(yùn)行效率。究其原因，則可能主要是由于在大角度的負(fù)預(yù)旋工況時(shí)，離心泵葉輪內(nèi)部的漩渦損失和葉輪表面摩擦損失加大而導(dǎo)致軸功率急劇上升，因而效率明顯下降。2.2.2 前置導(dǎo)葉對離心泵揚(yáng)程特性的影響圖10給出了試驗(yàn)離心泵在不同的前置導(dǎo)葉預(yù)旋角下的綜合特性曲線。由該圖可見，對于揚(yáng)程特性曲線而言，在正預(yù)旋工況，當(dāng)前置導(dǎo)葉預(yù)旋角從0°變化至60°揚(yáng)程曲線逐漸向左下方偏移；而負(fù)預(yù)旋工況時(shí)，當(dāng)前置導(dǎo)葉預(yù)旋角從0°變化至-48°時(shí)，揚(yáng)程曲線則向右上方偏移，但移動的趨勢與正預(yù)旋相比則相對較?。焕^續(xù)加大負(fù)預(yù)旋角至-60

19、76;時(shí)，揚(yáng)程曲線則急劇下降。由此可見，適當(dāng)?shù)呢?fù)預(yù)旋可以提高離心泵的揚(yáng)程，但負(fù)預(yù)旋角度過大時(shí)，離心泵的揚(yáng)程反而降低。另外，由圖10還可以看出，安裝三維空間前置導(dǎo)葉后，XA150/32型離心泵高效區(qū)范圍拓寬為：揚(yáng)程2831.2 m，流量310378 m3/h，且在此范圍內(nèi)該泵實(shí)際運(yùn)行效率，均高于無前置導(dǎo)葉調(diào)節(jié)時(shí)離心泵的最高效率值。由此可知，本文設(shè)計(jì)的離心泵三維前置導(dǎo)葉能夠在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)離心泵運(yùn)行工況點(diǎn)，且能夠有效的拓寬離心泵的高效運(yùn)行范圍。圖10 三維前置導(dǎo)葉離心泵綜合特性曲線為了對比本文設(shè)計(jì)的三維空間導(dǎo)葉和傳統(tǒng)的二維導(dǎo)葉的調(diào)節(jié)效果，本文同時(shí)還對配置二維前置導(dǎo)葉時(shí)XA150/32型離心泵的外特

20、性進(jìn)行了試驗(yàn)研究,且該二維導(dǎo)葉的基本幾何參數(shù)和厚度分布規(guī)律和三維空間導(dǎo)葉一致。圖11給出了二維前置導(dǎo)葉和三維前置導(dǎo)葉在不同預(yù)旋角度下的離心泵最高效率值的對比情況。由該圖表明，除較大正預(yù)旋角以外，裝置三維前置導(dǎo)葉時(shí)離心泵的效率明顯較裝置二維前置導(dǎo)葉時(shí)要高。且在0°預(yù)旋角時(shí)，兩者效率差值最大，其差值為1.48。由此可見，本文設(shè)計(jì)的三維前置導(dǎo)葉能夠較好的改善二維導(dǎo)葉所存在的不足，從而也有效的證明了本文所提出的設(shè)計(jì)方法的有效性和可靠性。圖11 三維和二維前置導(dǎo)葉最高效率值對比3 結(jié)論本文基于水力機(jī)械水力設(shè)計(jì)基本理論和方法，提出了一種控制前置導(dǎo)葉出口的流體介質(zhì)滿足等環(huán)量條件的新型三維前置導(dǎo)葉水

21、力設(shè)計(jì)思想，較好的改進(jìn)了傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)前置導(dǎo)葉調(diào)節(jié)中所采用的二維翼型的不足。前置導(dǎo)葉的水力設(shè)計(jì)采用流線曲率法求解軸面流動，逐點(diǎn)積分法進(jìn)行葉片繪型，圓柱展開面上對葉片的空間骨線進(jìn)行加厚和葉片頭部、尾部的修圓處理。將設(shè)計(jì)完成的三維空間導(dǎo)葉安裝在XA150/32型離心泵進(jìn)口前，試驗(yàn)測量了前置導(dǎo)葉在給定軸向位置、不同預(yù)旋角度下離心泵的能量特性。試驗(yàn)結(jié)果表明：(1) 通過改變離心泵葉輪進(jìn)口前三維前置導(dǎo)葉的預(yù)旋角能夠有效的擴(kuò)大離心泵運(yùn)行工況點(diǎn)的調(diào)節(jié)范圍。(2) 相對于無預(yù)旋而言，正預(yù)旋調(diào)節(jié)時(shí)，離心泵揚(yáng)程曲線向左下方偏移，負(fù)預(yù)旋時(shí)則向右上方偏移，并且移動的趨勢與正預(yù)旋相比相對較小，且過大的負(fù)預(yù)旋角會導(dǎo)致?lián)P程急劇

22、下降。(3) 對于效率特性而言，正預(yù)旋時(shí)，離心泵最優(yōu)工況點(diǎn)逐漸向小流量區(qū)移動，且最高效率值逐漸降低，但均比相同流量下、無前置導(dǎo)葉時(shí)離心泵的效率要高；負(fù)預(yù)旋時(shí)離心泵最優(yōu)工況點(diǎn)在較小負(fù)預(yù)旋角度時(shí)會稍往大流量區(qū)偏移，且高效區(qū)范圍與正預(yù)旋相比要寬。(4) 當(dāng)導(dǎo)葉預(yù)旋角為0°時(shí)離心泵所能達(dá)到的最高效率為78.76，與無前置導(dǎo)葉時(shí)離心泵的最高效率相比提高了2.13，同時(shí)能夠保證在揚(yáng)程2831.2 m、流量310378 m3/h范圍內(nèi)其效率，因此加裝前置導(dǎo)葉能夠有效的拓寬離心泵的高效運(yùn)行區(qū)，改善離心泵在非設(shè)計(jì)工況下的水力性能，從而給離心泵節(jié)能給出了一條新的途徑。參 考 文 獻(xiàn)1 袁建平,張改成,陳

23、翔.離心泵運(yùn)行調(diào)節(jié)能耗分析.排灌機(jī)械.2006:24(5):44-472 Coppinger M, Swain E. Performance prediction of an industrial centrifugal compressor inlet guide vane system C.Proceeding of the institution of mechanical engineers, 2000, 214(2):1531643 Fukutomi J, Nakamura R. Performance and internal flow of cross-flow fan with

24、 inlet guide vaneJ. JSME International Journal series B-Fluids and thermal engineering,2005,48 (4): 763769 4 Part G. Unsteady flow around suction elbow and inlet guide vanes in a centrifugal compressorJ. Journal of aerospace engineering,2006,220:1128 5 肖軍,谷傳剛,舒信偉,高闖.帶可調(diào)進(jìn)口導(dǎo)葉離心壓縮機(jī)的性能分析.動力工程J.2006:26(6

25、),804-8076 曹樹良,梁莉,祝寶山,陸力.高比轉(zhuǎn)速混流泵葉輪設(shè)計(jì)方法.江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)J.2005:26(3),185-1887 Pedersen N,L arsen P S, Jacobsen C B. Flow in a centrifugal pump impeller at design and off design. Part 1: particle image velocity(PIV) and laser doppler velocity(LDV) measurementJ. Journal of Fluids Engineering, 2003,125(1):61-72 H

26、YDRAULIC DESIGN AND EXPERIMENTAL ANALYSIS OFTHE ADJUSTABLE INLET GUIDE VANE FOR THE CENTRIFUGAL PUMPGUI Shaobo CAO Shuliang Liang Kaihong(Key Laboratory for River Dynamics and Hydraulic Engineering, Department of Thermal Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084)Abstract: In view of the drawb

27、ack of the two dimensional wing which was used in the traditional adjustment for the blower and profiting from the experience, this article proposed one kind of new hydraulic design method for the inlet guide vane, and it was supposed that the fluid at the outlet of the inlet guide vane satisfied th

28、e uniform velocity moment condition. The spatial shape of the blade was controlled by the distributed rule of the blades stagger angle along the meridional streamline which could be determined by a quarternary polynomial, and point-by-point integration method was adopted to draw the bone line of the blade, then the blade was two sided thicken on the unwrapped cylinder face, so th