為了分析不同導葉安放角對軸流泵在馬鞍區工況運行時的影響，探究導葉角度的優化規律，在水泵模型試驗臺上，對一種新型可調導葉式軸流泵的外特性進行測試，得到不同導葉安放角下H-Q、η-Q、P-Q曲線，分析了導葉安放角對軸流泵馬鞍區水力特性的影響.試驗結果表明:相同流量工況下軸流泵的揚程和效率隨著導葉安放角由0°向-5°調節而增大，調節導葉安放角，能夠有效抑制葉片背面脫流旋渦的擴散，顯著改善軸流泵出口的流態，提高動能回收的比例；在馬鞍區工況下，揚程最大提升0.15m，為設計揚程的4.69%，效率最大提升1.93%；馬鞍區起始點流量向小流量偏移了0.00494m3/s，馬鞍區范圍減小了6.64%，拓寬了軸流泵穩定運行的區域；導葉安放角在-5°～0°的調整過程中，軸流泵的軸功率沒有明顯變化；在本次試驗條件下，導葉安放角為-5°時馬鞍區水力特性改善效果最明顯，但仍有進一步提升的空間。

　　隨著南水北調工程的展開，軸流泵的應用日趨廣泛.對于軸流泵性能的優化和預測，主要依靠理論研究和模型試驗，近年來計算流體力學作為一種嶄新而強大的有效研究工具，也廣泛用于軸流泵的研究，并已經發展到三維、黏性、多相流階段。由于軸流泵本身工作原理、結構形式的特點，在50%～65%設計流量工況處存在著馬鞍形區域，水泵在該區域無法穩定運行。耿衛明等使用3D-PIV方法，測量了馬鞍區等工況下的軸流泵葉輪出口流場，研究結果表明，在馬鞍區工況條件下，葉片表面出現回流，吸力面產生脫流，葉輪出口附近出現劇烈的二次流現象，造成工況不穩定.此外，由于流量變小，葉輪進口處葉片沖角增大，葉片背部易發生劇烈的空化，氣泡侵占過流體積，氣泡的產生和潰滅，也影響著軸流泵的穩定運行.楊帆等用數值模擬的方法介紹軸流泵進口流動的細部結構，以及泵導葉出口環量對出水流道流態的影響.為了抑制不穩定工況，消除馬鞍區內的不利影響，Kurokawa等提出了在軸流泵轉輪室內設置楔型槽(J-groove)的方法，使得軸流泵在馬鞍區的性能得以改善，但會損失高效區的部分揚程和效率.錢忠東等、Alexey等提出了后置、前置可調式導葉(adjustableguidevane，AGV)的結構，通過CFD分析表明，調節導葉安放角度可以提升軸流泵在非設計工況下的揚程和效率，拓寬軸流泵運行的高效區.李忠等、胡健等通過試驗及CFD方法研究了導葉對軸流泵性能的影響.但文獻均未對馬鞍區的流動特性進行深入分析。

　　文中采用模型試驗的方法，對可調導葉式軸流泵在馬鞍區的外特性進行研究。分析不同導葉安放角度對流量、揚程和軸功率的影響。

　　1、模型試驗裝置

　　試驗臺為臥式封閉循環系統，如圖1所示，主要設備由可調導葉式軸流泵、穩壓罐、壓力罐、真空罐、電磁流量計、壓力變送器、轉矩轉速傳感器、電磁閘閥、Φ400mm管道等組成.模型泵轉輪直徑為300mm，額定轉速1450r/min，設計流量0.33m3/s.設計揚程3.5m電磁壓力測量采用型號為MPM4730的壓力變送器(8只，精度均為0.25%)；流量測量采用KROHNE電磁流量計，精度為0.3%；轉矩轉速測量采用HLD09型轉矩轉速傳感器，精度為0.5%.試驗中各測量及計算參數不確定度[10]:流量Q≤0.36%，揚程H≤0.66%，輸入功率P≤0.54%，效率η≤0.93%.采用水泵數據采集系統進行工況調整和數據采集，減少了人為誤差，提高了測試精度。

圖1 泵裝置示意圖

　　可調導葉式軸流泵三維模型如圖2所示，為了便于導葉調節，導葉輪轂和導葉段泵殼均為球形.導葉調節裝置結構如圖3所示，調節裝置由固定底盤和導葉調節盤組成，導葉調角范圍為-5°～+5°。

圖2 可調導葉式軸流泵三維模型

圖3 導葉調節裝置

結論

　　1)調節導葉安放角，能夠有效抑制葉片背面脫流旋渦的擴散，提高動能回收的比例，從而提高馬鞍區的揚程和效率.本試驗條件下，導葉調整后揚程最大提升了0.15m，約為設計揚程的4.69%，效率最大提升了1.93%.

　　2)調整導葉安放角后，軸流泵進入馬鞍區工況的臨界流量向小流量偏移了0.00494m3/s，約為設計流量的1.50%，軸流泵穩定運行的區域被拓寬，馬鞍區的范圍縮小了6.64%.

　　3)在各個導葉安放角下，軸流泵軸功率沒有明顯變化，調節導葉安放角不會導致電機過載.

　　4)受模型泵導葉調節范圍的限制，馬鞍區揚程和效率均未達到最優值，存在進一步優化的空間.