以蝸殼泵的理論設(shè)計和工程應(yīng)用相結(jié)合的方式，闡述了改變蝸殼泵喉部面積，在大流量點獲得一條陡降的特性曲線，以確保泵在節(jié)能和穩(wěn)定的條件下運行，并通過試驗給予驗證。

一、前言

　　在各種工程實際中， 由于自動控制程度的不斷提高，對離心泵性能曲線的要求也越來越多�，F(xiàn)以石化裝置為例，為了對閥門進(jìn)行自動控制，通常會以揚程作為開關(guān)閥的切換數(shù)據(jù)，也就是通過泵出口壓力表的靈敏讀數(shù)，來確定閥門的開啟程度。在這種情況下就要求在離心泵允許的流量范圍內(nèi)，揚程必須要有相對明顯的差值，以滿足開關(guān)閥切換的要求。而過于平坦的離心泵性能曲線，往往不能滿足裝置的自動控制要求，到關(guān)死點有個連續(xù)上升的平滑曲線是工程中的理想特性曲線。通過調(diào)節(jié)出口閥來限制流量，閘閥也要耗去一部分能量，但是不通過調(diào)節(jié)出口閥控制流量很可能燒毀配套電動機，不能確保泵安全可靠地運行，此問題的最好解決辦法是在設(shè)計過程中減小蝸殼泵喉部面積，通過試驗給予驗證。

　　實際上泵通常是在某一確定的流量點運行的，最好是閘閥全開運行，這樣能量損失最小，出口管路安裝閘閥的主要目的是泵起動時關(guān)閉閘閥抽真空或是停車關(guān)閥防止水錘對泵的沖擊，防止泵被損壞。

二、泵特性曲線及其影響因素

　　1. 泵特性典線

　　特性曲線定義：泵內(nèi)運動參數(shù)之間存在著一定的聯(lián)系，運動參數(shù)的外部表現(xiàn)形式之間也必然存在著聯(lián)系，用曲線表示泵性能參數(shù)之間的關(guān)系，成為泵的性能曲線(也叫特性曲線)通常用橫坐標(biāo)表示流量Q，縱坐標(biāo)表示揚程H、效率η 等。

　　特性曲線的形式 ，實際上泵的特性曲線的形狀是多種多樣的，大致可以分為三種形式，如圖1所示。

圖1 泵特性曲線(Q—H)形式

　　(1)單調(diào)下降的特性曲線 在這種曲線中Q=0時揚程最大，隨流量增加，揚程逐漸下降，每一個揚程對應(yīng)一個流量，這是一種穩(wěn)定的特性曲線。

　　(2)平坦的特性曲線 這種曲線流量變化很大，而揚程變化很小，這種情況下泵運行很不穩(wěn)定，極易超功率。

　　(3)駝峰(中高)特性曲線 在這種曲線中Q=0時揚程為H0，在揚程高于H0的部分，每一個揚程對應(yīng)兩個流量，這是一種不穩(wěn)定的特性曲線。工程中絕對不允許這種曲線的存在。

　　2.影響因素

　　(1)蝸殼截面形狀對特性曲線的影響 常見蝸殼截面形狀有矩形、梨形、梯形和圓形。在保持所有其他設(shè)計參數(shù)不變的情況下，蝸殼截面形狀對泵的特性影響不大。

　　(2)葉輪幾何參數(shù)對特性曲線的影響 改變?nèi)~輪出口安放角β 2，改變?nèi)~輪外徑D2，改變?nèi)~輪出口寬度b2、排擠系數(shù)ψ 2以及修削葉片進(jìn)出口部分都可調(diào)整特性曲線。由于在工程現(xiàn)場無法通過改變?nèi)~輪幾何參數(shù)來調(diào)整特性曲線，該方法多用在泵制造廠。

　　(3)蝸殼喉部面積對泵特性曲線的影響 同一個葉輪在蝸殼喉部截面積不同的兩個泵體中運行，所獲得的流量揚程特性曲線形狀僅取決于葉輪，而與泵體無關(guān)。但最佳流量范圍內(nèi)的實際揚程主要取決于蝸殼中的水力損失，改變蝸殼喉部面積，可以改變水力損失大小，使最佳效率點發(fā)生偏移，同時特性曲線形狀發(fā)生變化，因此通過改變喉部面積可以改變揚程曲線的形狀和最高效率點的位置，而且用改變喉部面積來改變泵的性能，要比用改變?nèi)~輪的幾何參數(shù)來改變泵的性能更敏感些。

三、喉部面積影響特性曲線的應(yīng)用原理

　　流體通過孔口形成局部收縮，導(dǎo)致流速增大，靜壓降低，造成孔口前后的壓差，流量越大，壓差越大。通過縮小蝸殼泵喉部面積，實際上是增加了離心泵喉部的局部損失，進(jìn)而使離心泵的總揚程降低，而根據(jù)局部損失公式，流量越大，總揚程降低的幅度越大，離心泵的性能曲線則越陡降。

　　喉部面積變化應(yīng)用原理同薄壁圓形小孔口淹沒出流原理，如圖2所示。小孔口所形成的局部損失Hξ計算如下:

　　式中 v——流速;

　　ξ ——局部損失系數(shù)，具體取值范圍見表1。

四、應(yīng)用與分析

　　1. 應(yīng)用實例

　　深藍(lán)泵業(yè)13Z111號合同，對ESH 40—400一臺臥式、單級、單吸離心泵特性曲線異常進(jìn)行處理，泵出口直徑40mm，葉輪A字輪直徑425mm，合同直徑33mm，工況點(額定點)流量30m3/h，揚程150m。裝置要求：關(guān)死點揚程高于額定點10%實現(xiàn)閥門自動控制。第一次試驗泵性能曲線如圖3所示，不能滿足用戶需求，拆泵檢測泵喉部面積551mm2，通過計算，初步獲得新的喉部面積485mm2(該面積留有安全余量)，依據(jù)圖4、圖5將喉部進(jìn)行點焊處理。通過試驗數(shù)據(jù)可知該面積不能滿足揚程變化需要，再次計算獲得第二次修復(fù)試驗的喉部面積436mm2并重新進(jìn)行試驗，所得對比性能試驗曲線如圖3所示。由試驗所得曲線可知，該面積下的揚程變化滿足曲線升量要求。

圖3 面積縮小前后的試驗曲線、效率對比

　　分析數(shù)據(jù)可知，理論值與實際值基本相符，數(shù)據(jù)分析表明本次試驗結(jié)論與理論計算基本吻合。

五、結(jié)語

　　由試驗曲線可以看出當(dāng)流量相同時，蝸殼泵喉部面積越小，壓差越大;同時也可看出蝸殼泵喉部面積相同時，流量越大，壓差越大;對于泵制造廠對泵性能范圍控制可以采用改變蝸殼泵喉部面積的方式，比較簡單易行，但從試驗曲線同樣可以看出，所取泵喉部面積較小時，對泵的外特性曲線影響很大，如流量范圍、效率參數(shù)等。因此在實際應(yīng)用中要給予充分的考慮。