水泵效率影响因素分析及改进

　　水泵工作时有容积损失、机械损失和水力损失等。 　　一、容积损失： 　　包括通过大小口环的循环水流损失，填料函和平衡盘的泄漏损失，填料函和平衡盘的泄漏损失在规定的范围内是属于保证工作的正常损失。大小口环的循环水流损失主要与大小口环的密封间隙的大小、长度以及泵的单级扬程有关。一般情况下，密封间隙的长度及泵的单级扬程是基本不变的，因此大小口环的环流损失主要与大小口环的密封间隙的大小有关，大口环的密封间隙每增加0.2mm，效率降低4%左右;小口环的密封间隙每增加0.5mm，效率降低5%左右。 　　二、机械损失： 　　是指叶轮、平衡盘的外侧表面和水的摩擦、大小口环处的摩擦以及轴承和填料等处的损失，其中轮盘摩擦损失取决于比转数。比转数较高时损失较小。 　　三、吸水口附近的水被转动的轴扰动，使进水的入口角发生变化而造成能量损失。以上三项在水泵正常运行时基本上为常量。 　　四、水力损失： 　　水力损失将直接应影响泵的水力效率和特性，它包括摩擦损失、涡流和冲击损失。一般情况下流量愈大的泵水力损失较小。 　　摩擦损失指流体在叶轮和其他过流部件中的沿程损失，它的大小约等于流量的平方。 　　涡流和冲击损失指流体在涡轮机全部流动过程中的转弯、扩大和收缩等造成的损失，单就叶轮来讲是指流体对叶片入口处的冲击和流量变化时叶轮内的涡流损失。在额定流量时，叶轮中的这种损失几乎为零，当大于或小于额定流量时，这种损失开始出现并且与额定流量相差越多损失就越大，随流量的平方而增加。这种冲击损失的分布是由于小于额定流量时，流体以大于叶轮安装角的角度冲击叶片，把流体挤到叶片工作面上并在背面上形成涡流区;当流量大于额定流量时，流体与叶片相遇时的角度小于叶片安装角，流体被压向叶片的背面，在工作面上形成密闭的涡流之故。这种现象已被实验所证实。 　　水力损失主要是在叶轮和各通流部件中，以ns(比转数)=90的分段式多级泵中水力损失情况为例：在叶轮和其他通流部件中的损失，大约各占50%。叶轮叶片入口处边缘磨损后，由于入口角改变，将产生不正常的入口冲击，叶片间流道粘污后，减少了有效过流面积，水流速度增加，从而加大了水力损失。新配叶轮时，应尽可能清除流道中的毛刺，保持内壁光滑，以减少额外的水力损失，条件允许时可采用工程塑料叶轮。 　　特别注意的是，装配或检修水泵时，由于叶轮出口与导水圈吻合不当或轴向窜量太大而造成的水力损失，对泵效率和特性影响较大，既使装配无误，这部分损失也近于11%。除此之外，由导水圈向返水圈翻转的流道中的损失占22%强，清除导翼中的飞边和毛刺等铸造缺陷，可避免无益的水力损失。 　　当一台水泵各部正常时，它的效率将取决水力损失的大小。水力损失中的摩擦损失是不可避免的，众所周知，水具有粘滞的特性，单位体积的水和物体(过流部件)表面作相对运动时，维持其运动所需的能量和其粘度、接触面积、表面粗糙度、沿途行程的长短有关，并与水流运动速度的三次方成正比。 　　水在流道中流动时，和流道表面接触的表面水的运行速度将相对降低，并且能使水流中形成涡流而造成能量消耗，表面水的相对运行速度越快而造成的能量损失越大,因此扩大流道面积或降低水在流道中流动时的运行速度(降低泵轴转速)，能减小能量消耗，提高运行效率。水与水之间作相对运动所需的能量是很小的，基本上取决于水的粘度的大小。 　　冲击损失和水流速度也有很大的关系，当水的流速太大时，特别是在叶轮吸水口附近处，当水流以较大的轴向速度流向叶轮吸水口，而叶轮又将其带动旋转又以径向速度抛向叶轮出水口，可以说其轴向流速具有的动能在叶轮吸水口附近消耗殆尽。这种现象在水泵首级叶轮和中间及叶轮均会发生，而且中间级叶轮比首级叶轮还严重，因为一般多级泵首级叶轮吸水口直径比中间级叶轮的吸水口直径大(为了改善吸水性能)，首级叶轮吸水口外水流的轴向流速还能相对降低，而且吸水管内的压力低于大气压，首级叶轮抛出的水经导水圈减速增压，经返水圈回头后以径向速度到达中间级叶轮吸水口，由于吸水口直径较小，水流被迫由径向速度变成较大的轴向速度流向吸水口，这时水流在径向速度所是有的动能也被消耗掉，而且返水圈的过流面积朝吸水口方向逐渐收缩，造成径向速度增加，返水圈内的压力还是正压力(大于大气压力)，这些情况均造成无益的水力损失。 　　一般情况下，具有导水圈的多级离心泵水力效率，从零流量开始，沿流量增加方向而增加，在到达某一点时，效率反而下降。这是由于流量增加时，流体在过流部件中的流速增加，大大增加了水流的摩擦损失、冲击损失和涡流损失，从而造成效率下降。 　　新型高效率水泵通过特殊设计，有如下特点： 　　新设计的水泵采用新型导水圈，扩大流道面积，降低水在过流部件内的流速(以150D--30型水泵为例：新型水泵在额定状态下叶轮入口处的最高理论流速为4.81m/s，在导水圈内的最高理论流速为3.485m/s，而其他水泵过流部件内的最高流速能达到15~30m/s，水力损失较大);采用流道特殊设计高效率叶轮，叶轮流道能使水流少受干扰较为“自由”的导入导水圈内，能大大减小水流的冲击损失，零流量时扬程高，扬程较低时流量大，能使扬程和流量达到最佳匹配，使水泵具有“恒功率”特性，效率能达到90%以上。增大水泵扬程后扩大了水泵的使用范围，并能节约材料，减轻重量，降低制造成本。