分析离心油泵性能的方法

       本文计算的滑移系数与利用准三元流动程序计算的滑移系数随叶片数的变化关系都是线性的，即随叶片数的增加而增大，数值小于准三元流动程序计算的滑移系数。这是因为准三元流动程序计算叶轮内部流动时没有考虑吸入室和蜗壳的影响。在图2(b)中，最优工况扬程随叶片数的变化关系也是线性的，这就验证了滑移系数与叶片数成线性关系是正确的。说明本文方法是合理的。Stodola、Wiesner经验公式计算滑移系数随叶片数的变化规律都与最优工况扬程与叶片数呈线性关系的实验结果相违背。 图3(a)表示在粘度为1cSt(水)、98cSt(油)和255cSt(油)条件下，采用本文方法计算的滑移系数随叶片数的变化曲线。图3(b)为实验测得的最优工况扬程。由图可见，滑移系数随叶片数的变化规律与扬程随叶片数的变化规律完全一致，再次表明本文计算方法是合理的。总体上，输送粘油时滑移系数与叶片数的关系基本还是线性的。 图4表示不同叶片数条件下，滑移系数随粘度的变化关系曲线。由图可见，滑移系数随粘度的变化关系曲线取决于叶片数。当叶片数较少(Z=3)时，滑移系数随粘度增大而增加，直到粘度大于75cSt以后，略有减小，但都比输送清水时的大。当叶片数中等(Z=5)时，当粘度在20～100cSt范围内，滑移系数达到最大值，以后随粘度增大而减小，接近输送清水时的滑移系数值。当叶片数较多(Z=7)时，滑移系数随粘度增大而减小，比输送清水时的小。图5表示不同叶片数时相对滑移系数随粘度的变化关系。相对滑移系数是指输送粘油时的滑移系数与输送清水时的滑移系数之比。该图反映的变化规律与图4完全一致。

  图2 输送清水时叶片数对滑移系数和扬程的影响

  图4 滑移系数随粘度的变化图

       相对滑移系数随 粘度的变化 叶轮滑移系数主要取决于叶轮流道内的相对环流强弱和叶片表面摩擦损失。叶轮内的相对环流越小，滑移系数越大，摩擦损失越大，滑移系数越小。当叶片数较少时，叶轮流道内的相对环流比叶片数较多的叶轮强，摩擦损失比叶片数较多叶轮小，滑移系数主要由相对环流的强度控制，受摩擦损失影响较小。当叶片数较多时，叶轮流道内的相对环流比叶片数较小的叶轮弱，摩擦损失比叶片数较少叶轮大，滑移系数受摩擦损失影响较大。当液体粘度增大时，叶片数较少叶轮内的相对环流降低的幅度比叶片数较多叶轮多，摩擦损失增加的幅度比叶片数较多叶轮小。所以，当叶片数较少时，输送粘油的滑移系数比输送清水时的大，当叶片数较多时，输送粘油的滑移系数要比输送清水时的小。

       水力效率 图6表示不同叶片数条件下水力效率随粘度的变化关系。当粘度低于200cSt时，Z=5叶轮水力效率比其它叶轮高;当粘度高于200cSt时，Z=3叶轮比其它叶轮高。这种变化趋势与泵总效率随粘度的变化情况很一致，见图9。

       容积效率 图7表示不同叶片数条件下容积效率随粘度的变化关系。由图可见，粘度对容积效率影响比较小。叶片数对容积效率影响也比较小。

       机械效率 图8表示不同叶片数时机械效率随粘度的变化情况。由图可见，虽然叶片数不同，但是机械效率随粘度的变化规律基本相同。也就是说，叶片数对泵的机械效率影响比较小。根据容积效率、水力效率和机械效率随粘度变化关系可知，叶片数是通过影响水力效率来影响泵效率的。为了表示不同叶片数时机械损失随粘度的变化情况。将图8中的机械效率转化为机械损失，并表示成机械损失占轴功率的百分比。拟合实验数据，得到机械损失经验公式。Pm/P=-0.000314546ν2+0.178352ν+34.4519。

  图6 水力效率随粘度的变化图 7 容积效率随粘度的变化

  图8 机械效率随粘度的变化图

        总效率随粘度的变化 叶轮盖板摩擦损失是机械损失的主要方面。根据流体力学中圆盘损失理论解，圆盘摩擦损失分别与粘度(层流)、(低雷诺数紊流)和ν0.2(高雷诺 数紊流)成正比。理论和实验出现了差异。输送粘油时叶轮圆盘摩擦损失需要深入研究。 由于泵机械效率随粘度的增加而迅速降低，即泵效率逐渐被机械效率所控制，所以如何提高输送高粘度粘油的泵机械效率，即如何降低叶轮圆盘摩擦损失是离心油泵性能研究的关键问题。

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       (1) 理论分析和实验结果都表明，当叶轮其它几何特性保持不变时，滑移系数随叶片数增加 而增大。

       (2) 叶片数对容积效率和机械效率影响比较小，它通过改变叶轮滑移系数和水力效率来影响泵的水力性能。

       (3) 机械效率随粘度的增加而迅速降低，降低叶轮圆盘摩擦损失是提高离心油泵性能的关键。