离心泵气液两相流试验研究难点.doc

离心泵的溶气试验研究陈 斌1 胡家顺2 （1中船重工集团七一二研究所 2武汉工程大学机电工程学院）摘 要: 通过对某型号离心泵的溶气试验, 分析和研究了泵的性能, 获得了研制高转速下气液两相流泵的经验。关键词: 离心泵，气液两相流; 性能试验; 溶气量中图分类号: TH313 文献标识码: A 1 引 言离心泵的溶气运行是十分复杂气液两相流流动，目前仍无法用解析的方法准确地确定离心泵在不同工况下的性能特性，因此需要对离心泵进行试验，获得流量、扬程、轴功率、效率、转速等外特性参数。离心泵的试验对于离心泵产品设计与研发、优化与改进、生产与使用都有重要意义。为提高某型号离心泵运行中的溶气能力，在叶纶的设计中采用了如图1所示的的结构，并对该型号离心泵的气液两相流进行数值模拟计算，计算结果证明：采用开式叶轮并在叶轮6个流道上接近叶轮入口处分别开设一直径5mm的回流孔能有效改善离心泵内部气液两相流问题，提高其溶气能力，可以满足设计要求且流场特征较好，因此按设计参数加工制造了相应的离心泵，并通过试验再次验证其特性。2 试验内容本实验为性能试验，主要是确定试验泵的扬程、效率、轴功率与流量之间的关系及其溶气。试验用清水和空气为介质，通过试验系统中的电磁流量计采集流量数据，压力传感器采集进出口压力来得到离心泵的扬程，用扭矩仪采集离心泵转速、扭矩、轴功率数据，最终得到流量扬程 H-Q 曲线和流量效率 -Q 曲线。3 试验方法 经过运转稳定性检查满足要求后，通过调节系统中流量调节阀来改变试验泵的流量，流量由零(关死点)开始逐渐增大，使离心泵在不同试验工况点运行；通过试验系统中的流量计采集流量数据，压力传感器采集进出口压力用以得到离心泵的扬程，用扭矩仪采集离心泵转速、扭矩、轴功率数据；通过对采集到的数据进行计算处理，分别得到试验泵的扬程H、轴功率P和效率；最后根据处理得到的数据绘制试验离心泵的性能曲线。图1 3.1离心泵的扬程计算：离心泵的扬程不能通过仪表直接读出，需要通过压力传感器采集的进出口压力数据换算获得。离心泵进出口的总水头损失可以忽略不计，扬程 H(m)计算公式如下所示： (1)式中， (Z2-Z1) 为进口与出口的位能差，也叫位置高度差；为离心泵进出口压力差，即压力传感器测的压力差；为动能差。上式各参数：Z2出口处相对高度 (m)；Z1进口处相对高度(m)；P2出口处压力传感器的相对静压值(Pa)；P1进口处压力传感器的相对静压值(Pa)；流体密度(kg/m3)；g当地重力加速度(m/s2)；v2出口处流体的平均速度(m/s)；v1入口处流体的平均速度(m/s)。3.2泵效率的计算；计算离心泵的效率需要离心泵的轴功率P以及离心泵的输出功率 Pu。离心泵的轴功率P可以由扭矩仪获得，离心泵的输出功率 Pu可以通过流量、扬程数据计算得到，计算公式如下： (2)上式中：Q体积流量(m3/h)；H扬程(m)。已知轴功率P以及离心泵的输出功率 Pu这两个参数后，离心泵的效率可以用很快计算得到，离心泵效率计算公式如下： (3)4 试验系统图2 性能测试系统简图如图2所示试验台系统中的液体与外界空气隔绝，构成闭式循环系统。水的流动路径为从高位水箱中出来，经过入口管路系统，入口压力传感器，经过试验泵，出口压力传感器，出口管路系统，流量计，流量调节阀，进入气液分离器，再经过回流阀，流回入口管路系统，构成封闭的循环系统。试验开始时，先开启进水阀，使高位水槽中的水充满整个循环系统，然后开启电机带动离心泵运转，输送液体在管路中循环。待液体流速稳定后，打开空压机给气液混合器注入定量空气，从而使流入离心泵的流体具有一定的含气量，便于测试不同含气量对泵性能的影响。为了保证离心泵入口处流体含气量的稳定，流回的循环流体需先经过气液分离器除去流体中的气相成分。改变电机的转速和调节阀的开度，从而测试不同转速和不同流量情况下离心泵的性能参数。5 试验结果5.1考核某型号离心泵在不同转速下的运行情况，其结果见表1；表1 不同转速下运行的测试结果转速rpm功率kw流量m3/h扬程m效率32000.8013.013.30.65436001.0113.815.60.64740001.3414.918.10.60744001.6716.520.80.62048002.1217.823.80.60652002.6419.427.20.60556003.2321.031.00.61060003.8722.334.40.60064004.5323.837.90.60168005.4924.944.30.6085.2 保持转速为4000rpm不变，在不同流量下的运行情况，其结果见表2与图3；表2 转速为4000rpm不同流量下运行的测试结果转速rpm功率kw流量m3/h扬程m效率40000.770.3826.00.0380.871.2525.60.1110.972.4025.10.1881.063.8024.30.2621.165.6023.50.3431.267.3222.60.3981.3611.520.40.5241.4514.318.50.5521.5516.817.20.5651.6521.014.00.540图3 转速为4000rpm不同流量下运行的性能曲线图5.3保持转速为6400rpm不变，在不同流量下的运行情况，其结果见表6.3与图6.3；表3 转速为6400rpm不同流量下运行的测试结果转速rpm功率kw流量m3/h扬程m效率64002.870.3654.60.0213.182.3252.50.1163.265.4551.50.2613.699.6050.50.3984.0714.146.50.4874.3817.645.50.5534.6522.740.40.5974.7625.837.10.6084.9528.332.30.5585.0330.628.30.521图4 转速为6400rpm不同流量下运行的性能曲线图5.4分别保持转速为4000rpm、6400rpm不变的条件下，在泵入口通入不同容积的空气，以考核泵的溶气性能，测试结果见表4。6 结论 6.1 由测试结果可知，在不通气的条件下无论4 转速为4000rpm和6400rpm 通气条件下运行的测试结果转速rpm功率kw流量m3/h扬程m效率通气量L/min溶气率%40001.4613.618.20.512187.941.4113.218.30.5172210.001.3812.818.40.5172411.2564004.5622.638.00.570184.784.3920.535.00.494247.024.2218.834.00.4583411.05是高速还是低速运行，泵的工作效率均不小于60%，满足使用要求；6.2 在转速为4000rpm的运行条件下，通气小于等于24L/min时，泵能持久稳定工作，溶气率大于10%。在转速为6400rpm的运行条件下，通气量小于等于34L/min时，泵能持久稳定工作，溶