前置導葉調節對水泵性能影響及使用控制|資料

上海市黃浦江上游引水二期工程，使用了12臺大型立式混流泵，其葉輪前均裝有德國KSB公司制造的前置導葉裝置(Inlet Vane Conttrol Device VR)，目的是為了實現在較寬廣的范圍內調節泵的使用性能。泵組結構如圖1所示，其參數為：流量Q＝6.5M3／S，揚程H＝15.5M，轉速n＝ 297rpm，比較數ns＝353，效率η＝0.80，軸功率P＝1400KW。前置導葉裝置(簡稱VR裝置)目前在國內外水泵上使用不多，這方面的技術資料和報導很少。為此，作者根據近三年來對泵的運行情況觀察及有關的試驗數據和技術資料，就VR裝置使用調節對水泵性能的影響及原因作些分析研究，以便對 VR裝置有較客觀正確的認識，從而對此類泵的實際使用控制提出些參考意見。

二 前置導葉裝置對水泵性能的影響

我們使用的這套VR裝置為圓環形，導葉為直葉式，共17片，葉片長500mm，裝置通徑1300mm，見圖2。該裝置由電機驅動，通過裝有萬向節的多節傳動桿將轉矩傳到裝置輸入軸上，然后通過裝置內的齒輪系統使各葉片同步轉動，實現調節導葉角度目的。

KSB公司設定，以VR裝置導葉片與水平面垂直為90º，當葉片轉動傾斜方向與泵葉輪旋轉方向一致時為減角度(即角度變小)；當葉片傾斜方向與泵葉輪旋轉方向相反時為增角度(即角度變大)。下面首先就水泵裝與不裝前置導葉，對水泵性能的影響作些分析。
(一)未裝前置導葉與裝有前置導葉且葉片角度為90º時泵性能的比較
根據KSB公司提供的資料以及我們研究人員作的相關試驗，作者繪制了裝有前置導葉且葉片在90º時，與無前置導葉裝置的泵二者特性曲線對比，如圖3。從圖上，我們可以得出以以結論：

1.無前置導葉與前置導葉90 º時泵的Q—H曲線基本上是兩條平行曲線，有前置導葉的Q---H曲線略低些，這是由于加了前置導葉之后，進口液流阻力損失增加而引起揚程下降的緣故。
2. 從Q一η曲線上看出，兩條曲線基本接近，且有一重合點，此點左側，有前置導葉的Q一η曲線比無前置導葉的Q一η曲線略高3而此點右側，有前置導葉的Q一η 曲線比無前置導葉的Q——η曲線略低，此重合點正是最優工況點。這說明，在最優工況下，前置導葉的阻力損失對泵來說微乎其微，不造成什么影響；而在小流量時，由于進水管內液流少，流動不均勻，加了前置導葉之后，起導流作用，使液流進口流動均勻性加強，所得效率比原來有所提高；而在大流量時，導流作用消失了，相反因增加前置導葉，阻力損失增加，導致效率有所下降。
可見，當導葉位置在90 º時，其泵的性能與未裝前置導葉泵的性能基本相近，此時它對泵的特性影響不大。
其次，來看看導葉在不同角度時水泵性能的變化。
(二)VR裝置導葉在不同角度時對泵性能的影響
1 對Q—H性能曲線的影響

圖4是有VR裝置的泵在各種導葉角度下的性能曲線。由圖4可以看出，當前置導葉向小于90的方向調節時，所得到的性能曲線是明顯地向左，并且與90 º角時的性能曲線基本上平行的移動(在連續運行極限范圍內)。這是因為此時前置導葉出口液流方向與葉輪旋轉方向趨向一致，液流在泵葉輪入口前有了一個正向預旋Vlu(Vlu液流在葉輪進口處 速度的圓周方向分速度)，故Vlu＞0(前置導葉為90º。時，Vlu＝ 0)。由歐拉方程式：

HT=(u2v2u—ulvlu)／g

得知，當導葉角度向小于90º。方向調節時，由于Vlu＞0，則泵的理論揚程HT小于導葉在如。時泵的揚程HT。并且，前置導葉角度取值越小，Vlu值越大，揚程降越大，故Q—H特性曲線向左移。在實際使用中，正是利用這一特性，在保持揚程基本恒定的情況下，使流量隨VR角度變小而變小，從而達到減少流量的目的。而當前置導葉大于90º方向調節，此時前置導葉液流出口方向與葉輪旋轉方向相反，即產生反向預旋，故 Vlu＜0。同樣由歐拉方程可知，此時泵的揚程HT大于前置導葉在90º時的揚程。而且，前置導葉角度越大，Vlu越小，泵的揚程增加越大，Q—H特性曲線向右移。所以，可以在一定的揚程下，使泵的流量隨導葉角度變大而增加。實踐說明，上述作用是明顯的。