立式混流泵是大中型電廠、船塢、城市給排水系統、農田灌溉等必備的通用設備之一,用途廣泛。根據其結構不同可分為轉子可抽式與不可抽式兩種,其中轉子可抽式結構因其具有的拆裝簡便、利于維修的特點,越來越被廣大用戶所青睞。這使得這種原本在大型立式混流泵中常用的結構,逐漸開始用在了中小型立式混流泵中。由于轉子可抽式結構的中小型化只是在***近幾年才開始逐漸增多,因此在這一方面的研究目前還是很少。本文即針對轉子可抽式結構的中小型化的過程中存在的具體的導流片的設計問題展開討論。
1 導流片在泵運行中存在的問題及分析
導流片的結構如圖1所示。從圖中可知,其只在轉子可抽式結構中才存在;在轉子不可抽結構中,導流片只是出水彎管的一部分。因此,導流片與出水彎管在泵運行中所起到的作用相同,即都起到改變泵送介質的流動方向的作用。
雖然兩者起到的作用相同,但是由于其所在的結構不同,因此它們對泵運行產生的影響有著很大的不同。點擊瀏覽下一頁
1.1 導流片的受力分析
根據導流片所起的作用,可以把其受力分析的模型簡化為彎管的受力分析,這樣就轉化為流體力學中的典型算例求彎管中流動的流體對彎管的作用力的問題。點擊瀏覽下一頁
以出口直徑D=800mm的立式混流泵為例(如圖2),按設計揚程H=37m、流量Q=5000m3/h計算水流對導流片的作用力F。計算如下:
建立如圖2所示直角坐標系,則
沿X軸方向 P1cosθ-P2+Rx=ρQ(ν2-ν1cosθ)
則 Rx=ρQ(ν2-ν1cosθ)+P2-P1cosθ
其中,R為導流片對水流的反作用力;
Rx為R沿X軸方向上的分力;
θ為泵出口中心與泵軸心線夾角,此處取為90°;
ν1、ν2為平均流速,此處取ν2=ν1=4Q/πD2;
P2、P1 可近似取P2≈P1=4HπD2;
沿Y軸方向 P1sinθ- Ry=ρQ(0-ν1sinθ)
則 Ry= P1sinθ+ρQν1sinθ
其中,Ry為R沿Y軸方向上的分力;
將各量轉化成******單位制后代入公式,即得
Rx=189.7kN,Ry=189.7kN;
水流對導流片的作用力F與R大小相等,方向相反。
上述僅是在水泵正常運行時的理論計算,在實際工況中,由于導流片上方也存在壓力,可以平衡部分水流對導流片的作用力,因此在水泵正常運行時,導流片受到的力小于計算值。但是,在水泵起動過程中,導流片上方不存在壓力,且起動揚程要遠大于設計揚程,因此水流對導流片的作用力在短時間內將遠大于計算值,對泵運行產生較大的影響。
1.2 導流片的受力對泵運行產生的影響
由上可知,導流片在工作中既受到軸向的作用力,又受到徑向的作用力。由于導流片是軸內護管部件的一部分,與其它內護管通過法蘭剛性連接,因此對于其受到的軸向作用力可以同過選擇合適的連接螺栓與內護管壁厚加以克服,對泵的運行影響不大。
對泵的運行產生較大影響的是導流片受到的徑向作用力。由于導流片所在的軸內護管部件一般都是細長管件結構,在徑向力作用下容易產生徑向位移,而護管內部通常要設置中間滑動軸承,軸承間隙要求嚴格,所以產生的徑向位移一旦超過或接近軸承間隙,就很容易造成軸承偏磨,進而引起泵在運行中震動超標、噪音過大、壽命降低等一系列問題。
2 解決導流片對泵不良影響的對策
由于導流片對泵的壽命及運行穩定性存在隱患,因此在泵的***初設計中就要引起足夠重視,采取措施予以解決。
這其中,*********也是***簡單的解決方法就是:取消導流片。當然,取消導流片后可能會引起泵出口流態的紊亂、造成額外的水力損失、降低水泵的效率。對于其影響的程度到底有多大,筆者借著本身在水泵制造企業設計部門工作的有利條件,通過性能試驗進行了驗證。下面就將試驗過程及結果進行簡單介紹。
試驗選取的水泵為出口直徑D=500mm的立式混流泵,設計揚程H=25m、流量Q=2200m3/h。試驗過程為xj****行一次正常的帶導流片結構的性能試驗,得到一組水力性能數據;然后將此臺泵的導流片拆除,換成普通內護管,再進行一次性能試驗,得到另一組水力性能數據;***后將兩組數據對應的性能曲線繪制在同一坐標圖上進行對比分析。
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