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1、单级双吸中开式离心泵的技术改造论文导读：再次由于不存在平衡装置泄漏，两侧叶轮共用一个压水室，只有两个盖板表面，所以双吸泵的效率比相同比转速的单吸泵效率高。另外单级双吸中开泵还具有流量大、汽蚀余量小、密封系统采用内循环、能方便更换轴套等优点。国内部分学者专家已经就国内外双吸清水离心泵技术水平对比分析作了相当详细的论述，在对全国泵行业骨干企业进行行业调查的基础上，收集双吸清水离心泵3000余个规格的性能数据，将效率、汽蚀余量两个性能指标的实测数据、标准数据、样本数据分别进行统计分析。关键词：单级双吸中开泵，汽蚀，效率，技术改造一、前言单级双吸水平中开式离心泵采用水平中开式结构，结构简单，该型泵吸入
2、口和排出口均在泵轴心线下方，检修时，可以不动进出口管路及电机，只要打开上泵盖即可吊出转子，将全部零件拆下，因而维修十分方便；其次采用双吸叶轮，由两个相互对称的单吸叶轮背靠背地或面对面地安装在一根轴上，能自动平衡由两个对称叶轮组成的泵转子系统的轴向力，因而轴承的可靠性高，运行稳定；再次由于不存在平衡装置泄漏，两侧叶轮共用一个压水室，只有两个盖板表面，所以双吸泵的效率比相同比转速的单吸泵效率高；另外单级双吸中开泵还具有流量大、汽蚀余量小、密封系统采用内循环、能方便更换轴套等优点。由于单级双吸中开泵有这些优点，所以在水厂、电厂、钢厂、市政和建筑等部门获得非常广泛的应用。二、单级双吸泵的技术现状及存在
3、的问题国内现有的单级双吸中开泵产品主要有Sh型和S型。论文发表。我国最早于1954年6月，由沈阳水泵厂开始自行研究试制单级双吸离心泵。接着按照前苏联X型泵的型谱和标准、系列参数设计了整个Sh系列泵产品，于1957年试制完成从6Sh到48Sh，全系列30个品种规格的产品，流量：14412500 m3/h，扬程：9140m。50m 扬程以上产品有 10 种，整个系列扬程范围偏低，泵的性能稳定，效率指标较高。泵的转速分别为8Sh为1450r/min、24Sh为970r/min、32Sh为730r/min、48Sh为485r/min。1962年由当时的一机部通用机械研究所和沈阳水泵研究所共同负责（以沈
4、阳水泵研究所为主）组织了Sh型双吸泵的联合设计，性能参数范围：Q16211000m3/h，H12125m，t-2080，制定了该产品的泵行业技术标准。当时由于受原苏联的设计思想影响较深，对安全系数、使用寿命等因素考虑较多，因此Sh型泵的壁厚、中开密封面壁厚选择偏于保守，有许多规格泵选用的是滑动轴承等。可以说当时的联合设计Sh型泵满足了国民经济建设的基本要求，达到了苏联同型泵的水平，当然同时也存在着苏联泵的一些不足。为了改进Sh型泵的不足，1967年沈阳水泵研究所在上海联合了十多个泵厂进行了第二次的联合设计，设计了S型泵来代替Sh型泵，与Sh型泵比较，S型泵主要有以下几方面的优点：（1）提高系列
5、泵产品的效率，平均提高15%；（2）泵的转向作了改变，Sh型泵从传动端看为逆时针方向旋转，S型泵为顺时针方向旋转。这主要为了适当柴油机驱动的情况。（3）泵体壁厚、中开密封面壁厚减小；（4）填料密封冲洗由外冲洗变为内冲洗；（5）泵滑动轴承改为滚动轴承；（6）从加工生产的角度，对有些不合理的地方进行了改动。无论是S型泵还是Sh型泵，由于多年没有再进行技术改进，经过多年的实际运行已经陆续暴露了它的不足之处。近十年来，由于归口技术研究所的不景气，离心泵产品的技术研究工作基本停止，各个企业在此方面也没有开展更多的工作。因此国内单级双吸泵的水力性能研究没有得到顺利发展，产品的技术水平一直徘徊在上世纪七八十
6、年代的水平，导致与国外的技术差距越来越大。可以说我国的双吸泵产品半个世纪以来基本上没有什么变化，但是国外的双吸泵产品却不停地更新换代。国外目前主要有德国KSB公司生产的Omega和RDL型双吸泵，美国PENTAIR(滨特尔)公司生产的AURORA410和PWTS系列。与国内产品相比，国外的双吸泵有以下特点：（1）性能范围很广，像KSB公司双吸泵除低扬程泵品种较少外，共计54个品种，泵进口直径1001000mm，流量8013680m3/h，扬程14180。（2）结构紧凑，强度刚度好，可立卧两用，可装机械密封或填料密封。（3）同一泵体装A、B两种叶轮，每个叶轮切割三次。这样每种泵有8个性能曲线，大
7、大扩大了泵的性能范围，为选泵创造了有利条件。（4）吸水室大部分设在下泵体上，上泵盖呈平凸形。传统泵的上泵盖上有一部分吸水室，泵盖成山形。（5）造型美观。（6）泵的过流量大。（7）低比转速产品效率非常高。国内部分学者专家已经就国内外双吸清水离心泵技术水平对比分析作了相当详细的论述，在对全国泵行业骨干企业进行行业调查的基础上，收集双吸清水离心泵3000余个规格的性能数据，将效率、汽蚀余量两个性能指标的实测数据、标准数据、样本数据分别进行统计分析。对比分析发现：国外产品的效率指标平均技术水平要高于国内的效率指标2.5；国内的汽蚀余量指标平均技术水平要优于国外产品0.97m。在效率指标方面，优劣的顺序
8、为：国内的样本值最高、国外的样本值次之、国内的实测值最低。总之对比国内外的双吸泵技术水平，可以发现国内双吸泵产品普遍汽蚀余量好、但效率差，而国外产品效率明显好，但汽蚀余量NPSH偏差，可靠性好。三、单级双吸中开泵的技术改造1、提高汽蚀性能离心泵在运行中经常会产生噪音和振动，并伴随有流量、扬程和效率的降低，有时甚至不能工作，检修时常常可以发现叶片入口边靠近前盖板处和叶片入口边附近有麻点或蜂窝状破坏，严重时整个叶片和前、后盖板都有这种现象，甚至叶片和盖板被穿透，这主要是由于汽蚀所引起的破坏。下面主要介绍了几种常见的通过改变离心泵的进口结构参数来降低NPSH值提高泵的汽蚀性能的方法：适当增大叶轮进口
9、直径D0。因为汽蚀余量的值与叶轮的进口速度有关，要降低汽蚀余量，可以用减小进口速度的方法。而叶轮进口速度的大小与叶轮的进口直径存在一定的关系式。通过计算可以知道，通过增大叶轮进口直径D0可降低叶轮进口速度v0，进而降低汽蚀余量。但叶轮的进口直径并非是越大越好，超过最佳直径后，汽蚀余量又重新增大。此外，过大的进口直径将使进口流道严重扩散，破坏流动的良好速度分布并形成旋涡区，从而使泵的效率降低。同时，过大的叶轮进口直径还将使密封环处的间隙面积增大，从而使泄漏损失增大，容积效率降低，况且还存在D0与泵进口直径匹配问题，所以D0不能无限制增加。增加叶轮进口宽度。由前面可知，降低进口流速通过增大进口通流
10、面积来提高泵汽蚀性能。论文发表。增大进口直径可以增大进口通流面积，此外，还可以增大叶轮的进口宽度。如果在加大叶轮的进口直径的同时也加宽叶轮宽度，则提高泵汽蚀性能的效果更为显著。汽泡最初在叶片的进口边靠近前盖板处开始发生，然后逐渐沿轴向发展，最后再沿叶片朝出口方向发展。加宽叶片的进口宽度，等于给汽蚀汽泡的发展过程增加了朝轴向发展的余地，从而延迟了汽泡朝出口的发展过程。即加宽了叶片的进口宽度可以延长汽蚀的潜伏期，从而延迟了破坏作用。但是过大的进口宽度是不足取的，一方面将使叶轮轴面投影图的绘制发生困难，另一方面也将使叶轮流道的面积变化变得不规则，从而使水力损失增大，泵的效率降低。一般，加宽进口宽度在
11、低比转数的离心泵中比较有效。在高比转数的离心泵中，由于叶片的相对长度小，汽蚀汽泡易于影响叶轮的出口，因此，对比转数较高的泵，单纯加宽叶轮的进口宽度来提高其汽蚀性能，可能效果较差。合理增大叶片进口冲角。加大冲角可以使叶片进口安装角增大，可以增大叶片间的通流面积，此时由于减小了叶片的弯曲，也减小了叶片的排挤，从而加大了叶片间的通流面积，降低了进口流速，使抗汽蚀性能得以提高。通常推荐叶片进口冲角取正冲角=3080，其结果可以增大叶片进口安放角，改善叶片拥挤，减少压降系数2，此举既不影响泵的效率又能提高泵的抗汽蚀能力。叶片进口边合理前伸。叶片进口边前伸时，一方面增大了叶片的面积，使相同扬程下叶片单位面
12、积上的载荷减小，另一方面则因进口边上中点的所在半径减小，使平均圆周速度和相应的相对速度也减小，因而使汽蚀余量NPSH减小，有利于泵的抗汽蚀性能。当叶片进口边朝进口延伸时，汽蚀汽泡首先发生在圆周速度最大的进口直径处，即只在局部区域发生汽蚀汽泡。叶片进口边延伸除了有利于抗汽蚀性能外，也有利于扬程曲线和效率曲线。叶片延伸后，其扬程曲线与未延伸时相比较形状比较平缓，减轻了驼峰，这对运行而言是有利的。此外，效率曲线的最高效率点朝小流量方向偏移，且最高效率点的绝对值也稍有提高。当然叶片进口边要合理前个，如果叶片进口边朝叶轮进口延伸得太多，则叶片将严重扭曲，易于造成流道的堵塞并且设计和制造也将造成困难。增大
13、前盖板的转向半径。汽蚀汽泡首先发生在叶片进口边靠近前盖板处，因为该处液流的相对速度最大。因此，前盖板转向半径的大小将影响泵的汽蚀性能。当前盖板转向半径较小时，叶片进口边靠近前盖板处的速度比较大，该处易于形成汽蚀汽泡；相反当前盖板转向半径较大时，叶片进口边靠近前盖板处的速度比较小，该处不大会有汽蚀汽泡产生。因此，增大前盖板的转向半径也是提高泵的抗汽蚀性能的措施之一。当前盖板转向半径较大时，液流转弯较平缓，这将会在所有工况下都对叶轮的抗汽蚀性能起到良好的影响。此外，随着转向半径的增大，进口宽度也增大，这也为提高汽蚀性能提供了良好的条件。合理减少轮毅直径。轮毅直径的大小将在叶轮进口直径不变的情况下改
14、变叶轮的进口面积，从而改变进口速度，对泵的汽蚀性能产生影响。如果条件允许，可以把轮毅直径设计小一些，减小轮毅直径与增大叶轮进口直径和加宽叶片进口宽度一样，也会增大液流的进口面积，从而改善汽蚀性能。可以认为，减小轮毅直径将比增大叶轮进口直径更有利，因为此时减少了进口边最大直径处发生汽蚀汽泡的倾向。但是，轮毅直径是受转轴强度限制，过大地减少轮毅直径，会降低转轴的强度，从而影响水泵运行的稳定性和可靠性。此外对双吸泵还可采用半螺旋形吸入室，利用半螺旋形吸入室产生的强预旋，来减小相对速度，改善汽蚀性能。其他还有加装诱导轮，采用抗汽蚀性能好的材料等方法在一定程度上也都能提高离心泵的汽蚀性能。2、提高效率指
15、标离心泵效率是指泵的有效功率和轴功率的比值，由于泵内的各种损失，泵的有效功率总是小于轴功率，故效率总是小于1的。目前国内离心泵中多数型号的效率一般在70-80%左右，少数大流量型号的效率在90%左右。影响离心泵效率的主要原因在于泵内存在的能量损失，这些损失主要是机械损失、水力损失和容积损失。机械损失主要是叶轮外表面与液体的磨擦损失（即圆盘摩擦损失）以及离心泵轴承、轴封上的摩擦损失，水力扣失主要是液体在泵内运动速度和方向的变化引起的冲击损失、旋涡损失等，液体与泵内各流道壁面的磨擦损失以及液体运动的内部磨擦损失，容积损失主要是泵内高压液体向低压区泄露回流造成的损失，包括密封环泄漏损失、平衡机构泄漏
16、损失和级间泄漏损失。下面介绍几种国内外常用的提高离心泵效率的方法：减小叶轮外径。叶轮圆盘摩擦损失与叶轮转速三次方和叶轮外径五次方的积成正比。对于给定的扬程，叶轮外径减小后，泵转速相应增加（可以认为叶轮外径减小一半，泵转速增大一倍），而叶轮外径减小后，圆盘摩擦损失成五次方比例地下降。所以，对给定扬程，离心泵转速增加后，圆盘摩擦损失并不增加，而减小，这也是泵逐渐提高转速的原因之一。适当减小叶轮盖板外径。圆盘摩擦损失主要是由于叶轮盖板与液体间摩擦造成的损失，所以减小叶轮盖板外径可以减小叶轮盖板与液体的接触面积，减小圆盘摩擦损失。但如果叶轮盖板外径减的太多，就会产生不利情况，这时叶轮内的液流沿叶片侧端
17、泄露较多，并且半径越小处的叶片侧端，其泄露的液流能量越低，流量越小，而此处叶轮内的水流依然随叶轮高速旋转，这样就会在叶轮内外液流之间、叶片侧端与液流之间以及侧端液流内部造成很大的流速梯度，从而造成很大的水流种击和旋涡回流损失，所以叶轮盖板只能适当减小。降低表面粗糙度。圆盘摩擦损失的大小还与泵体内壁的表面粗糙度有关，所以提高离心泵铸造精度，提高叶轮盖板、泵壳内壁等的流道表面光洁度，可以一定程度上降低圆盘摩擦损失。试验表明：铸铁泵体的粗糙表面涂漆后，泵的效率较未涂漆时能高23%；叶轮盖板和泵体粗糙面用砂轮磨光后，泵效率可提高24%。合理设计叶轮与泵体间的侧隙，减小圆盘磨擦损失。对一般离心泵来说，在
18、B/D2=25%（B：叶轮与泵体间的侧隙大小，D2：叶轮外径）范围内时，叶轮圆盘摩擦损失是比较小的。适当减小密封间隙的环形面积，降低泄漏量，减小容积损失。密封环泄漏损失与密封环间隙环形面积、密封间隙的平均直径成正比，密封环直径越大，其两侧压力相差越悬殊，则泄漏量越大。为了降低泄漏量，减小容积损失，提高泵的效率，就要把密封间隙的环形面积尽量减小，为了使叶轮入口直径保持一定的水平，这时应尽量减小密封间隙的平均直径，在保证安全运行及制造允许的前提下，应尽量选取较小的间隙宽度。增加密封环阻力，降低泄漏量，减小容积损失。论文发表。为了使密封环有更大阻力，可以将密封环设计成迷宫、锯齿形等，增加密封间隙的长
19、度，增加了密封间隙的沿程阻力，从而达到降低泄漏量，提高效率的目的。合理确定过流部件进出口角，避免流道内出现死区、尖角、突变等，流道表面应尽量光洁，减少泵内的水力损失。总之通过以上方法可以使单级双吸中开泵的效率和汽蚀性能得到很好的提升，当然在进行效率和汽蚀性能改造的同时，不可忽略对离心泵可靠性方面的要求，总之通过我们的努力要获得一款效率高、汽蚀性能好、运行可靠稳定的好泵。 参考文献1 关醒凡. 我国泵技术的发展和展望 . 通用机械. 2005.(9)2李龙等. 泵优化设计国内现状及发展趋势. 水泵技术.2003.(2)3张国良等. 泵站CAD系统中水泵造型优化方法研究及软件设计. 华北水利水电学院学报. 1978.(2)4牟介刚. 王乐勤.泵行业的技术发展趋势开展.能用机械.2002.5李必强. 国内离心泵的发展. 化工设备设计.1998.(5)6泵行业现状及发展趋势. 通用机械2005(1)7沈阳泵研究所. 离心泵设计基础机械工业出版社8 关醒凡.商明华.等 双吸泵系列产品开发. 水泵技术2004(5)9张佩芳.袁寿其等. 低比转速离心泵研究现状和发展前景. 排灌机械第21卷第6期10牟介刚,张生昌.CI80-100型离心泵水力模型的设计与试验研究.液体机械,2005.11牟介刚,王乐勤,王野.低比转数离心泵的水力模型设计,通用机械,2002.