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本论文是国家教委博士点基金项目“粘性流体在叶片泵内的流动机理研究”的一部分。在总后勤部物资油料部的资助下,对离心油泵输送粘性流体时水力性能和汽蚀性能进行了系统的实验研究,在实验和前人工作的基础上,提出了数学计算方法,绘制了水力性能换算和汽蚀性能换算图,对于推动我国油泵的设计和应用具有很大的指导意义。
建立了一套高精度的闭式油泵性能测试系统,测试系统总的不确定度小于0.4%。流量、压力、转矩、转速和温度等参数的采集、判别和处理全部由计算机控制完成;用变频控制系统调节泵的转速,用活塞式液体标准体积管进行流量计的在线标定;用真空控制系统调节油泵进口的压力,进行汽蚀实验研究。该油泵性能测试系统为开展本课题的研究奠定了可靠的基础。
系统地研究了流体的粘性和转速对离心油泵水力性能的影响。流体的粘度范围:1~300mm2/s,泵轴转速范围:1000~3000r/min。综合考虑了流量、扬程、粘度、转速和比转速等因素,绘制了比转速为40、50、80、90和130五种油泵的流量、扬程和效率换算系数曲线图。研究了流体的粘性和泵轴转速对油泵临界汽蚀余量的影响。综合考虑流量、粘度和油泵结构参数如叶轮外径D2、叶轮出口宽度b2等因素,绘制了比转速分别为40、80和130三种油泵的临界汽蚀余量换算曲线图。
详细地分析了前苏联石油机械研究院(ΓОСТ)、美国水力学会(AHI)、德国KSB公司和中国(石油大学)的油泵性能换算图,针对不同换算图的特点,将换算系数表示成不同雷诺数函数,推导各换算系数的数学计算方法。典型的算例表明,用计算公式与查图法所得结果基本吻合。
研究了离心油泵输送粘性流体时的相似定律,并与输送清水时的相似定律进行了比较,在进行实验的基础上推导了离心油泵输送粘性流体时相似定律。Q1/Q2={n1/n2}1.15-1.180H1/H2={n1/n2}1.94-1.98P1/P2=(n1/n2)22.55-2.85研究表明,在设计工况下,输送粘性流体时的流量、扬程和功率的幂函数随转速的变化关系不再是简单的一次方、二次方和三次方关系,而是与输送流体的粘度有关。
关于以上三方面的研究,还未曾见到相关报导。