前置導(dǎo)葉調(diào)節(jié)對(duì)水泵性能的影響及使用控制

　　上海市黃浦江上游引水二期工程，使用了12臺(tái)大型立式混流泵，其葉輪前均裝有德國(guó)KSB公司制造的前置導(dǎo)葉裝置(Inlet Vane Conttrol Device VR)，目的是為了實(shí)現(xiàn)在較寬廣的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)泵的使用性能。泵組結(jié)構(gòu)如圖1所示，其參數(shù)為：流量Q＝6.5M3／S，揚(yáng)程H＝15.5M，轉(zhuǎn)速n＝ 297rpm，比較數(shù)ns＝353，效率η＝0.80，軸功率P＝1400KW。前置導(dǎo)葉裝置(簡(jiǎn)稱(chēng)VR裝置)目前在國(guó)內(nèi)外水泵上使用不多，這方面的技術(shù)資料和報(bào)導(dǎo)很少。為此，作者根據(jù)近三年來(lái)對(duì)泵的運(yùn)行情況觀察及有關(guān)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和技術(shù)資料，就VR裝置使用調(diào)節(jié)對(duì)水泵性能的影響及原因作些分析研究，以便對(duì) VR裝置有較客觀正確的認(rèn)識(shí)，從而對(duì)此類(lèi)泵的實(shí)際使用控制提出些參考意見(jiàn)。

　　二 前置導(dǎo)葉裝置對(duì)水泵性能的影響

　　我們使用的這套VR裝置為圓環(huán)形，導(dǎo)葉為直葉式，共17片，葉片長(zhǎng)500mm，裝置通徑1300mm，見(jiàn)圖2。該裝置由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)裝有萬(wàn)向節(jié)的多節(jié)傳動(dòng)桿將轉(zhuǎn)矩傳到裝置輸入軸上，然后通過(guò)裝置內(nèi)的齒輪系統(tǒng)使各葉片同步轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)導(dǎo)葉角度目的。

KSB公司設(shè)定，以VR裝置導(dǎo)葉片與水平面垂直為90o，當(dāng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)傾斜方向與泵葉輪旋轉(zhuǎn)方向一致時(shí)為減角度(即角度變小)；當(dāng)葉片傾斜方向與泵葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反時(shí)為增角度(即角度變大)。下面首先就水泵裝與不裝前置導(dǎo)葉，對(duì)水泵性能的影響作些分析。
　　(一)未裝前置導(dǎo)葉與裝有前置導(dǎo)葉且葉片角度為90o時(shí)泵性能的比較
　　(二)VR裝置導(dǎo)葉在不同角度時(shí)對(duì)泵性能的影響
　　1 對(duì)Q—H性能曲線的影響

　　圖4是有VR裝置的泵在各種導(dǎo)葉角度下的性能曲線。由圖4可以看出，當(dāng)前置導(dǎo)葉向小于90的方向調(diào)節(jié)時(shí)，所得到的性能曲線是明顯地向左，并且與90 o角時(shí)的性能曲線基本上平行的移動(dòng)(在連續(xù)運(yùn)行極限范圍內(nèi))。這是因?yàn)榇藭r(shí)前置導(dǎo)葉出口液流方向與葉輪旋轉(zhuǎn)方向趨向一致，液流在泵葉輪入口前有了一個(gè)正向預(yù)旋Vlu(Vlu液流在葉輪進(jìn)口處絕對(duì)速度的圓周方向分速度)，故Vlu＞0(前置導(dǎo)葉為90o。時(shí)，Vlu＝ 0)。由歐拉方程式：HT=(u2v2u—ulvlu)／g

　　得知，當(dāng)導(dǎo)葉角度向小于90o。方向調(diào)節(jié)時(shí)，由于Vlu＞0，則泵的理論揚(yáng)程HT小于導(dǎo)葉在如。時(shí)泵的揚(yáng)程HT。并且，前置導(dǎo)葉角度取值越小，Vlu值越大，揚(yáng)程降越大，故Q—H特性曲線向左移。在實(shí)際使用中，正是利用這一特性，在保持揚(yáng)程基本恒定的情況下，使流量隨VR角度變小而變小，從而達(dá)到減少流量的目的。而當(dāng)前置導(dǎo)葉大于90o方向調(diào)節(jié)，此時(shí)前置導(dǎo)葉液流出口方向與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反，即產(chǎn)生反向預(yù)旋，故 Vlu＜0。同樣由歐拉方程可知，此時(shí)泵的揚(yáng)程HT大于前置導(dǎo)葉在90o時(shí)的揚(yáng)程。而且，前置導(dǎo)葉角度越大，Vlu越小，泵的揚(yáng)程增加越大，Q—H特性曲線向右移。所以，可以在一定的揚(yáng)程下，使泵的流量隨導(dǎo)葉角度變大而增加。實(shí)踐說(shuō)明，上述作用是明顯的。
　　2 對(duì)水泵效率η的影響
　　由于前置導(dǎo)葉向90o位置兩邊調(diào)節(jié)，使液流在進(jìn)入泵葉輪前分別產(chǎn)生了正向預(yù)旋和反向預(yù)旋，在葉輪葉片進(jìn)口邊產(chǎn)生絕對(duì)速度V1的圓周分量 Vlu，因而使葉輪進(jìn)口速度三角形發(fā)生變化，見(jiàn)圖5所示。實(shí)線為無(wú)預(yù)旋時(shí)的速度三角形，虛線分別為產(chǎn)生正向預(yù)旋和反向預(yù)時(shí)的速度三角形。從圖中可以看出，三種狀況下的相對(duì)速度ω1大小不一樣，ω′1為液流正向預(yù)旋時(shí)的相對(duì)速度；ω″1為液流反向預(yù)旋時(shí)的相對(duì)速度。顯然ω1隨導(dǎo)葉角度值增大而增大。
　　得知，由于相對(duì)速度ω1的增大，使得必需汽蝕余量NPSHr大大增大，從而使水泵的汽蝕性能下降。所以，在操作使用中，要依據(jù)水泵的汽蝕特性曲線以及水位和揚(yáng)程的變化，調(diào)節(jié)導(dǎo)葉角度，以保證有效汽蝕余量NPSHa大于必需汽蝕余量NPSHr。此外，由于液流對(duì)葉輪的撞擊作用，水泵葉輪處的振動(dòng)值也隨著導(dǎo)葉角度增大而變大。表2是某臺(tái)泵在一定的水位時(shí)，前置導(dǎo)葉角度變化與葉輪處振動(dòng)值的相應(yīng)數(shù)值。 表2　前置導(dǎo)葉角度與葉輪處振動(dòng)值的相應(yīng)變化數(shù)值 導(dǎo)葉角度 75o 80o 85o 90o 95o 100o 105o 110o

　　三 結(jié)束語(yǔ)

　　水泵前置導(dǎo)葉調(diào)節(jié)能有效改變水泵運(yùn)行工況，在較大程度上滿(mǎn)足生產(chǎn)使用要求。同時(shí)，由于導(dǎo)葉調(diào)節(jié)，液流方向改變，使液流對(duì)葉輪的沖擊和能頭損失增大，造成泵的運(yùn)行效率下降，并影響水泵的汽蝕性能。但是，只要將導(dǎo)葉調(diào)節(jié)范圍限定在適當(dāng)?shù)膮^(qū)域內(nèi)，那么其負(fù)面作用就不會(huì)太大。

參考文獻(xiàn)

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[4] Germany KSB，“Inlet Vane Control Device VR”