前置導(dǎo)葉調(diào)節(jié)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(dǎo)葉裝置(Inlet Vane Conttrol Device VR)，目的是為了實現(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(簡稱VR裝置)目前在國內(nèi)外水泵上使用不多，這方面的技術(shù)資料和報導(dǎo)很少。為此，作者根據(jù)近三年來對泵的運(yùn)行情況觀察及有關(guān)的試驗數(shù)據(jù)和技術(shù)資料，就VR裝置使用調(diào)節(jié)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(rèn)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(dǎo)葉裝置對水泵性能的影響

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500mm，裝置通徑1300mm，見圖2。該裝置由電機(jī)驅(qū)動，通過裝有萬向節(jié)的多節(jié)傳動桿將轉(zhuǎn)矩傳到裝置輸入軸上，然后通過裝置內(nèi)的齒輪系統(tǒng)使各葉片同步轉(zhuǎn)動，實現(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)動傾斜方向與泵葉輪旋轉(zhuǎn)方向一致時為減角度(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時泵性能的比較
根據(jù)KSB公司提供的資料以及我們研究人員作的相關(guān)試驗，作者繪制了裝有前置導(dǎo)葉且葉片在90º時，與無前置導(dǎo)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(jié)論：

1.無前置導(dǎo)葉與前置導(dǎo)葉90 º時泵的Q—H曲線基本上是兩條平行曲線，有前置導(dǎo)葉的Q---H曲線略低些，這是由于加了前置導(dǎo)葉之后，進(jìn)口液流阻力損失增加而引起揚(yáng)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(cè)，有前置導(dǎo)葉的Q一η曲線比無前置導(dǎo)葉的Q一η曲線略高3而此點右側(cè)，有前置導(dǎo)葉的Q一η 曲線比無前置導(dǎo)葉的Q——η曲線略低，此重合點正是最優(yōu)工況點。這說明，在最優(yōu)工況下，前置導(dǎo)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(jìn)水管內(nèi)液流少，流動不均勻，加了前置導(dǎo)葉之后，起導(dǎo)流作用，使液流進(jìn)口流動均勻性加強(qiáng)，所得效率比原來有所提高；而在大流量時，導(dǎo)流作用消失了，相反因增加前置導(dǎo)葉，阻力損失增加，導(dǎo)致效率有所下降。
可見，當(dāng)導(dǎo)葉位置在90 º時，其泵的性能與未裝前置導(dǎo)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(dǎo)葉在不同角度時水泵性能的變化。
(二)VR裝置導(dǎo)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(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，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(xù)運(yùn)行極限范圍內(nèi))。這是因為此時前置導(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正向預(yù)旋Vlu(Vlu液流在葉輪進(jìn)口處 速度的圓周方向分速度)，故Vlu＞0(前置導(dǎo)葉為90º。時，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，由于Vlu＞0，則泵的理論揚(yáng)程HT小于導(dǎo)葉在如。時泵的揚(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，此時泵的揚(yáng)程HT大于前置導(dǎo)葉在90º時的揚(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。實踐說明，上述作用是明顯的。