以蝸殼泵的理論設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用相結(jié)合的方式，闡述了改變蝸殼泵喉部面積，在大流量點(diǎn)獲得一條陡降的特性曲線，以確保泵在節(jié)能和穩(wěn)定的條件下運(yùn)行，并通過試驗(yàn)給予驗(yàn)證。

一、前言

　　在各種工程實(shí)際中， 由于自動(dòng)控制程度的不斷提高，對(duì)離心泵性能曲線的要求也越來越多。現(xiàn)以石化裝置為例，為了對(duì)閥門進(jìn)行自動(dòng)控制，通常會(huì)以揚(yáng)程作為開關(guān)閥的切換數(shù)據(jù)，也就是通過泵出口壓力表的靈敏讀數(shù)，來確定閥門的開啟程度。在這種情況下就要求在離心泵允許的流量范圍內(nèi)，揚(yáng)程必須要有相對(duì)明顯的差值，以滿足開關(guān)閥切換的要求。而過于平坦的離心泵性能曲線，往往不能滿足裝置的自動(dòng)控制要求，到關(guān)死點(diǎn)有個(gè)連續(xù)上升的平滑曲線是工程中的理想特性曲線。通過調(diào)節(jié)出口閥來限制流量，閘閥也要耗去一部分能量，但是不通過調(diào)節(jié)出口閥控制流量很可能燒毀配套電動(dòng)機(jī)，不能確保泵安全可靠地運(yùn)行，此問題的最好解決辦法是在設(shè)計(jì)過程中減小蝸殼泵喉部面積，通過試驗(yàn)給予驗(yàn)證。

　　實(shí)際上泵通常是在某一確定的流量點(diǎn)運(yùn)行的，最好是閘閥全開運(yùn)行，這樣能量損失最小，出口管路安裝閘閥的主要目的是泵起動(dòng)時(shí)關(guān)閉閘閥抽真空或是停車關(guān)閥防止水錘對(duì)泵的沖擊，防止泵被損壞。

二、泵特性曲線及其影響因素

　　1. 泵特性典線

　　特性曲線定義：泵內(nèi)運(yùn)動(dòng)參數(shù)之間存在著一定的聯(lián)系，運(yùn)動(dòng)參數(shù)的外部表現(xiàn)形式之間也必然存在著聯(lián)系，用曲線表示泵性能參數(shù)之間的關(guān)系，成為泵的性能曲線(也叫特性曲線)通常用橫坐標(biāo)表示流量Q，縱坐標(biāo)表示揚(yáng)程H、效率η 等。

　　特性曲線的形式 ，實(shí)際上泵的特性曲線的形狀是多種多樣的，大致可以分為三種形式，如圖1所示。

圖1 泵特性曲線(Q—H)形式

　　(1)單調(diào)下降的特性曲線 在這種曲線中Q=0時(shí)揚(yáng)程最大，隨流量增加，揚(yáng)程逐漸下降，每一個(gè)揚(yáng)程對(duì)應(yīng)一個(gè)流量，這是一種穩(wěn)定的特性曲線。

　　(2)平坦的特性曲線 這種曲線流量變化很大，而揚(yáng)程變化很小，這種情況下泵運(yùn)行很不穩(wěn)定，極易超功率。

　　(3)駝峰(中高)特性曲線 在這種曲線中Q=0時(shí)揚(yáng)程為H0，在揚(yáng)程高于H0的部分，每一個(gè)揚(yáng)程對(duì)應(yīng)兩個(gè)流量，這是一種不穩(wěn)定的特性曲線。工程中絕對(duì)不允許這種曲線的存在。

　　2.影響因素

　　(1)蝸殼截面形狀對(duì)特性曲線的影響 常見蝸殼截面形狀有矩形、梨形、梯形和圓形。在保持所有其他設(shè)計(jì)參數(shù)不變的情況下，蝸殼截面形狀對(duì)泵的特性影響不大。

　　(2)葉輪幾何參數(shù)對(duì)特性曲線的影響 改變?nèi)~輪出口安放角β 2，改變?nèi)~輪外徑D2，改變?nèi)~輪出口寬度b2、排擠系數(shù)ψ 2以及修削葉片進(jìn)出口部分都可調(diào)整特性曲線。由于在工程現(xiàn)場無法通過改變?nèi)~輪幾何參數(shù)來調(diào)整特性曲線，該方法多用在泵制造廠。

　　(3)蝸殼喉部面積對(duì)泵特性曲線的影響 同一個(gè)葉輪在蝸殼喉部截面積不同的兩個(gè)泵體中運(yùn)行，所獲得的流量揚(yáng)程特性曲線形狀僅取決于葉輪，而與泵體無關(guān)。但最佳流量范圍內(nèi)的實(shí)際揚(yáng)程主要取決于蝸殼中的水力損失，改變蝸殼喉部面積，可以改變水力損失大小，使最佳效率點(diǎn)發(fā)生偏移，同時(shí)特性曲線形狀發(fā)生變化，因此通過改變喉部面積可以改變揚(yáng)程曲線的形狀和最高效率點(diǎn)的位置，而且用改變喉部面積來改變泵的性能，要比用改變?nèi)~輪的幾何參數(shù)來改變泵的性能更敏感些。

三、喉部面積影響特性曲線的應(yīng)用原理

　　流體通過孔口形成局部收縮，導(dǎo)致流速增大，靜壓降低，造成孔口前后的壓差，流量越大，壓差越大。通過縮小蝸殼泵喉部面積，實(shí)際上是增加了離心泵喉部的局部損失，進(jìn)而使離心泵的總揚(yáng)程降低，而根據(jù)局部損失公式，流量越大，總揚(yáng)程降低的幅度越大，離心泵的性能曲線則越陡降。

　　喉部面積變化應(yīng)用原理同薄壁圓形小孔口淹沒出流原理，如圖2所示。小孔口所形成的局部損失Hξ計(jì)算如下:

　　式中 v——流速;

　　ξ ——局部損失系數(shù)，具體取值范圍見表1。

四、應(yīng)用與分析

　　1. 應(yīng)用實(shí)例

　　深藍(lán)泵業(yè)13Z111號(hào)合同，對(duì)ESH 40—400一臺(tái)臥式、單級(jí)、單吸離心泵特性曲線異常進(jìn)行處理，泵出口直徑40mm，葉輪A字輪直徑425mm，合同直徑33mm，工況點(diǎn)(額定點(diǎn))流量30m3/h，揚(yáng)程150m。裝置要求：關(guān)死點(diǎn)揚(yáng)程高于額定點(diǎn)10%實(shí)現(xiàn)閥門自動(dòng)控制。第一次試驗(yàn)泵性能曲線如圖3所示，不能滿足用戶需求，拆泵檢測泵喉部面積551mm2，通過計(jì)算，初步獲得新的喉部面積485mm2(該面積留有安全余量)，依據(jù)圖4、圖5將喉部進(jìn)行點(diǎn)焊處理。通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知該面積不能滿足揚(yáng)程變化需要，再次計(jì)算獲得第二次修復(fù)試驗(yàn)的喉部面積436mm2并重新進(jìn)行試驗(yàn)，所得對(duì)比性能試驗(yàn)曲線如圖3所示。由試驗(yàn)所得曲線可知，該面積下的揚(yáng)程變化滿足曲線升量要求。

圖3 面積縮小前后的試驗(yàn)曲線、效率對(duì)比

　　分析數(shù)據(jù)可知，理論值與實(shí)際值基本相符，數(shù)據(jù)分析表明本次試驗(yàn)結(jié)論與理論計(jì)算基本吻合。

五、結(jié)語

　　由試驗(yàn)曲線可以看出當(dāng)流量相同時(shí)，蝸殼泵喉部面積越小，壓差越大;同時(shí)也可看出蝸殼泵喉部面積相同時(shí)，流量越大，壓差越大;對(duì)于泵制造廠對(duì)泵性能范圍控制可以采用改變蝸殼泵喉部面積的方式，比較簡單易行，但從試驗(yàn)曲線同樣可以看出，所取泵喉部面積較小時(shí)，對(duì)泵的外特性曲線影響很大，如流量范圍、效率參數(shù)等。因此在實(shí)際應(yīng)用中要給予充分的考慮。