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循环水泵叶轮气蚀机理分析与应对
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你可能喜欢1概述 　　利用CREO绘制水泵系列教程，是小编工作中使用CREO的一个总结，之前在文章中，详细介绍了如何绘制离心泵叶轮。本不打算再做壳体绘制教程，但应粉丝要求，现在整理出单级单吸蜗壳泵的绘制教程。　　小编曾经在某泵论坛上介绍过蜗壳的画法和隔舌的绘制方法，并放出了.prt源文件，但是过程比较简略。现在给大家详细介绍一下单级单吸离心式蜗壳泵的蜗壳的绘制方法，希望不知道如何绘制蜗壳和不知道隔舌精确建模的朋友可以从本文获得一些收获。关于隔舌的详细绘制教程，将另文详述。　　绘制蜗壳其实并不难，说难的朋友主要是对蜗壳的模型没有三维立体的认识，也有朋友对二维图纸甚至还没有搞明白，也有朋友对三维建模的掌握程度不够。当然以上不是本文的重点。　　本教程采用的软件是CREO 3.0。２准备工作 　　单级泵蜗壳出口主要有两种形式：侧出口及中心线出口，见下图。　　首先，你需要有二维图纸（新设计另当别论），并读懂其中每个尺寸的含义，并在大脑中建立大概的样式。３主要绘制步骤 　　二维图中，一般分8个主断面，并用圆弧连接各个断面（现在新的设计有分更多断面，用曲线连接的）。首先在CREO中绘制8个断面形状（绘制线条多少，需要根据你自己的建模经验来确定。可以在一个图中绘制，然后分别旋转复制到各个断面内，也可以在建模的时候就分好断面，在断面内分别绘制断面形状）。或者利用其它CAD软件绘制，导入到CREO中。隔舌处是一个隐藏的断面，这里需要额外建立一个隔舌处的断面。总共有9个断面（在后面的步骤中你会发现该断面的用途）。图：主要断面绘制在出口中心线所在的平面（垂直于轴心线）内绘制木模的外轮廓，这一步骤你可以忽略，直接从下一步开式，但是作为辅助工作，个人建议增加这一步，用于绘制更多线时作为参考。具体好处请自己体会。图：绘制流道外轮廓蜗壳同扭曲叶片一样，空间扭曲，因此我们需要利用CREO的【边界混合】功能进行断面连接。为使最终的模型符合设计思路，需要定义第一第二方向，这样才能使得混合出来的曲面符合实际。但是这样做教程步骤太复杂，需要建立多条辅助线，因此在该教程中省略这一步，大家可以自己体会一下。图：绘制辅助混合线采用【边界混合】功能，连接1～8断面。在建模过程中，为光顺曲面，需要建立控制点，将点一一对应①。图：混合断面采用【边界混合】连接隔舌断面 + 1 + 2断面②。图：连接隔舌～2断面②建立的曲面与①建立的曲面有重叠部分，需要把②建立的曲面进行修剪。先封闭断面1（在第一次绘制的时候可以是封闭的），用【填充】功能填充该断面，建立一个剪切面。利用建立的剪切面，对②建立的曲面进行裁剪（【修剪】功能），去掉我们不想要的重叠部分（注意箭头方向）。图：修剪曲面选择修剪后的曲面和①建立的曲面，利用【合并】功能，合并两组曲面成一个整体（不要选择剪切面）。这一步也可以在所有曲面建模工作完成后进行。图：合并主体部分根据木模图，建立出口扩散段部分。首先建立辅助面，在辅助面上建立出口扩散段断面形状，并建立形状轮廓，方便混合时定义方向。图：出口断面绘制利用【边界混合】功能建立出口扩散段。在曲线的第一方向选取出口部分断面（这里共3个），第二方向选择出口扩散段的轮廓线（这里有2根）。图：混合出口扩散段连接出口扩散段与蜗壳主要形状部分（出口扩散段第一个断面与8断面进行混合）。建立一个辅助修剪面，对连接部分进行修剪，修剪面需要自己计算形状，实际上比较复杂，这里采用平面进行修剪。图：连接出口扩散段与主体部分建立隔舌部分。此部分详细步骤略，不同的模型建模方式可以有不同的优化，将另文详述，敬请期待。简要过程如下图所示。图：隔舌绘制简要步骤利用【填充】功能建立出口面。图：填充出口至此完整的内流道部分主要工作完毕，最后将所有曲面进行合并，并实体化合并后的曲面，得到完整的实体。图：完成内流道建模内流道可用于CFD分析等工作，是建模的基础工作。如果欲获得外形，则利用前述步骤建立外壁的模型，然后用内流道的合并曲面进行剪切，或者用保存好的内流道进行装配剪切。其他诸如法兰、泵脚、孔等建模非常容易，不再赘述。图：完整的泵壳外观双吸泵出水流道建模与此类似，进水流道稍微复杂。这期教程不做双吸泵。图：双吸泵４总结 　　利用三维软件对水泵进行建模，并不复杂，重点是操作者需要理解模型图、加工图以及熟练掌握绘图软件的建模流程。　　对于搞技术的人来说，适当的学习一下几何学，你会有意想不到的收获。如果几何学你很精通了，就不会再有软件谁好谁坏的战争，你甚至用文本文档就能写出你想要的模型，用其他软体打开。下图就是小编自己做软件，在编制的过程中学到了很多东西，再返回头来理解CREO的建模时，发现很轻松，而且实现模型也不仅仅是标准教程里描述的，只要最终符合精确加工就是成功。希望本文对各位读者有所帮助，如果有好的建议可在留言区讨论。版权声明本文为pumpworld泵世界原创，如果觉得本文有帮助，欢迎分享！如需转载，请联系：公众号留言：pumpworld邮　　　箱：泵世界微信：pumpworld您身边的泵知识手册长按二维码关注泵世界(pumpworld)　
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叶轮削切方法对泵性能的影响
作者：范朝朴 闫雪兰 马宏珍
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摘要：介绍了用两种方法车削叶轮外径时，在改变泵性能上所产生的差别，通过分析解释了产生这种差别的原因，并提出了改进切削叶轮外径的方法。
采用改变转速的方法可以得到不同工况时的特性曲线。然而这种方法在实际应用中受到限制，因为大多数水泵是由交流三相异步电动机来驱动的。这种电动机的转速是不能随意改变的，若用变频调速则增加了设备费用。车削叶轮外径也能改变泵的特性，而且是一种简单易行的方法，这种方法只能用在需要减小水泵流量、扬程和功率的场合。切削叶轮外径的方法扩大了一台泵的使用范围，所以在单级离心泵上是普遍采用的方法。切割叶轮是依据泵理论中的相似准则，当用车削叶轮直径方法改变泵性能时，通常都是根据切割定律公式来计算的。试验表明如果按相似律计算的直径切割叶轮，往往都达不到期望的性能，叶轮切割得越多，实际性能与期望的性能之间的差距越大，以至于造成叶轮报废的损失。对新产品来说，往往要凭个人经验留有足够的余量，叶轮应分几次逐渐切割，每次切割后必须上试验台进行试验，这加大了试验的工作量，影响了试验工作效率的提高。
二、对叶轮的两种车削方法的试验
对一台50—32—315型单级单吸磁力泵进行了两种叶轮切割方法的性能试验，从中发现了值得思考的差别，现加以介绍。泵的叶轮在未切割时的直径D2=324mm，泵体隔舌处基圆直径D3=334mm，叶轮切割试验顺序如图1。
1)
图1a所示叶轮为原形尺寸，试验的性能工况点
图1叶轮外径切割图
(a)叶轮为原形尺寸(b)叶片外径车削到D2=324mm (c)叶片外径车D2=285mm
(d)车削D 2=276mm (e)叶轮前后盖板直径从p2=305mn车削到 =276mm
1.叶片2.前盖板3.后盖板为：Qa=6.8m3／h，Ha =152m，n=2950r／min，η=12％，因为用户要求在该流量下的扬程为H=135m，所以需对图1a所示叶轮外径进行车削以满足用户要求。
2) 图1b所示叶轮是按照Hb=135m要求，根据切割定律公式计算后，将叶轮外径遵照通常的做法，将叶轮的前后盖板和叶片的外径均车削到D2=305mm。其试验结果为：Qa =6.8m3／h，H=130m，n=2950r／min，显然实际扬程未能达到期望值。这是因为在切割叶轮时并不能单独地控制扬程。泵的实际工况点将从a点沿着切割抛物线ab自动地向下移动到 素(如图2)。此时扬程满足了要求而流量却小了，Qb < Qa为使流量达到要求，开大出口阀门调整流量到Qa，此时泵的工况点将沿着D2=305mm的Q-H曲线向右下方从b点移动到F，此时练的扬程肯定是小于b点的，Ht=130m< Hb=135m。这是因为离心泵的特性曲线是随着流量增加而扬程下降的固有特性所决定的。而离心泵的特性曲线下降形状又是与泵的比转数有的，离心泵的比转速范围相当宽广，所以按切割定律很难做出精确计算，必须在计算上留有足够的余量，余量的大小往往与个人的经验有关。3) 图1c所示叶轮是将图1b所示叶轮的叶片外径车D2=285mm，而前后盖板外径不变。按切割定律公式Qc=QbDc/Db和Hc=Hb(Dc/Db)2来计算，可知图1c叶轮此时的工况点应当是Qc=6.35m3／h，Hc=113.5m。若使图1c所示的叶轮的流量调整到Qc=Qa=6.8m3／h时，则对应的扬程将应该是 Hc’Hc=113.5m，这就是说不切削盖板的扬程要比切割定律计算值的扬程高出近5％。
4) 为了进一步证实这种效果，将图1cN示叶轮叶片外径再车削D2=276mm，而前后盖板外径保持不变，这就是图1dN示的叶轮。也用切割定律公式计算预测图ld所示的叶轮的工况点应当是Qd=6.15m3/h，Hd=106.5m。若使图1dN示的叶轮的流量也调节到Qd=Qa=6.8m3／h，则对应的扬程也将会是Hd’Hd= 106.5m，也比切割定律的计算值要高出近8％。同时试验结果还表明图1b、图lc~图1d所示的三个叶轮在同一个流量点时泵的效率基本不变。
5) 图1eN示的叶轮是将叶轮前后盖板直径从D2=305mm车削到D2=276mm，这正像通常车削叶轮一样。此时图le所示叶轮的性能也以图1b所示叶轮对应的工况点来计算，预测其工况点将是Qe=6.15m3／h，He=106.5m。若使流量调节到Qe=Qa=6.8m3／h，试验结果表明此时He’=102.7m< He=106.5m。这种结果前面已分析过了，是情理之中的。值得注意的是图1d所示叶轮和图1e所示叶轮两者之间的差别仅仅在于前后盖板切与不切，可是两者在相同流量时，其扬程竞相差Hc'-He’=114.7-102.7=12m，其相对误差达10％，可见差别多么明显。
三 两种车削方法在性能上产生差别的原因
离心泵的研究对象是充满叶轮内两相邻叶片间的空间内液体质点的运动，液体微团是在一个受两个叶片及前后盖板所约束的流道内产生旋转运动的。切割定律是在认为叶轮在切割前后出口速度三角形的所有速度减小比例都与直径比D2'／D2 相同的假设条件下得出的。在离心泵中扬程是由叶片产生的，泵体的作用是叶片传递给液体的动能转换为压力能，它不产生扬程，它应该使进入泵体的液体水力损失最小。试验证明泵的水力损失主要发生在泵体内，所以泵的叶轮和泵体在设计计算时是相匹配的，决不是拿一个好的叶轮和随便找一个泵体只要能组装上就能得到一个性能优良得水泵。泵的叶轮直径D2 和泵体的基圆直径D3 之间也是根据最优转动间隙来确定的。理想的做法是叶轮的尺寸改变了，则泵体的尺寸也应该做相应的改变与之相匹配。例如图1中的基圆直径D3和蜗壳的断面面积大小都应当随着叶轮外径的减小而减小。但是这种要求在实际生产中是办不到的。
叶轮产生的扬程主要体现在叶轮出口处液体的绝对速度的圆周分量Vu2与叶轮出口处叶片的圆周速度u2的比值上。液体进入泵体后，设计优良的泵体将不破坏和改变这种比值。但是切削叶轮时同时切削前后盖板的做法使得泵体的基圆直径D3 和叶轮外径D2 之间的间隙加大，形成环形空间。环形空间的液体是从叶片上得到了能量的流出液体，这部分液体若不受外界力的干扰，它们将保持自己的速度矩，流进扩散锥管，将动能转换成压力能，此时泵体内的水力损失最小。但是叶轮前后盖板直径的切削，使得从叶片出口流出的液体受到泵腔内液体的混合和干扰。叶轮前后盖板与泵体内壁问构成了泵的前后泵腔，泵腔是因结构需要而形成的，它们不是泵内流动液体的通道。泵腔就好比是一个死水区，在叶轮盖板的作用下，泵腔内的液体质点在有限的空间内做既有圆周运动又有径向和轴向运动。泵腔中的液体的流态和叶片出口的液体流态完全不同，当盖板不切割时，可以认为盖板将泵腔内的液体与叶片出口的液体隔离开来免受干扰。当盖板在叶轮切割时，切割量越大，则泵腔内液体对叶片出口液体的流动干扰就越大，结果就是水力损失越大，扬程降低得越多，本试验的结果证实了这一判断。
1)试验是在一台低比转数离心泵上进行的，试验结果表明两种切削方法，在相同流量点，扬程可相差5％-10％。因为离心泵的比转数范围很广，所以这个扬程相差百分比并不具有广泛的代表性。而真正有意义的是不车削盖板的方法，满足和提高了切割定律的使用条件和精度。
2)只切叶片不切盖板的切割方法是一种有益而无害的方法，因为这种方法使泵腔内的液体对叶轮出口液流的影响降低到最小。试验表明，盖板直径不减小并不会造成泵的圆盘摩擦损失增加。因为圆盘摩擦损失不仅仅表现在叶轮盖板的直径上，它还与泵腔内液体所耗能量有关，后者才是损失的主要部分。(end)
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