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      2. 海拔對離心泵吸入性能的影響研究論文

        時間:2021-04-15 13:00:56 論文 我要投稿

        海拔對離心泵吸入性能的影響研究論文

          離心泵廣泛應(yīng)用于各種油料的輸送,約占泵總量的70%~80%。在高原環(huán)境下,大氣壓力隨海拔的提升不斷降低,離心泵吸入口壓力相應(yīng)減小,吸入能力下降影響泵正常工作,導(dǎo)致工作效率降低。定量分析離心泵在不同海拔下的工作性能及變化規(guī)律,應(yīng)進行實地實驗,然而實地實驗受場地等因素限制,設(shè)備展開、調(diào)試及撤收等較為困難,難以實施。因此,本文利用海拔與大氣壓力之間的關(guān)系,采用模擬的方法對離心泵在不同海拔下的工作性能進行實驗研究。

        海拔對離心泵吸入性能的影響研究論文

          1實驗裝置及方法

          1.1實驗裝置

          1.1.1泵

          實驗中使用的泵主要是離心泵和真空泵。離心泵為非自吸式,由發(fā)動機驅(qū)動,為實驗研究對象;真空泵是水環(huán)式,由電動機驅(qū)動,用來對真空罐抽真空。

          1.1.2含氣率測試儀

          為準確快速地監(jiān)測、采集實驗數(shù)據(jù),采用了含氣率測試儀。該測試儀基于電容探測法設(shè)計而成,其基本原理是在管路上布置電容器,電容值的大小與氣液混合物的介電常數(shù)以及探針與液體接觸的長度有關(guān)。當探針與被測流體接觸長度發(fā)生變化,其輸出電容值也發(fā)生變化,通過測量輸出的電容值可推算出混合物的比率。含氣率測試儀主要包括電容傳感器和電容電壓轉(zhuǎn)換電路兩大部分。電容傳感器的兩極由2根涂有聚四氟乙烯涂層的探針鋼絲制成。電容電壓轉(zhuǎn)換電路由兩部分組成:一是電容電壓轉(zhuǎn)換部分,采用CAV424芯片將電容轉(zhuǎn)化為標準電壓信號,可輸出1~4 V標準電壓;二是放大電路,采用AM401將前面的輸出信號放大,提高采集系統(tǒng)的分辨率。

          1.1.3真空罐

          真空罐是實驗中控制泵吸入口真空度的重要設(shè)備,由Q235-B型鋼焊接而成,高3 m,直徑1.35 m,容積4.3 m3,凈重1 584 kg,設(shè)計溫度0 ℃,設(shè)計壓力1.1 MPa,耐壓實驗壓力1.38 MPa,最高允許工作壓力1.05 MPa。罐身配備有真空表及液位計,真空表的測量范圍為0~0.09 MPa,測量精度0.001 MPa;液位計最高液位為3 m,精度0.1 m。

          1.2實驗流程

          離心泵進出口管線通過DN100鋼管與真空罐相連,形成一個封閉的循環(huán)系統(tǒng)。實驗時,將管路及離心泵內(nèi)充滿清水,真空罐內(nèi)注入約3/4的清水,實測水溫32~34 ℃。首先利用真空泵對真空罐抽真空,通過蝶閥的開關(guān)控制真空管路與真空罐的互通,通過真空表的讀數(shù)來確定真空罐內(nèi)的氣壓值,待真空罐內(nèi)氣壓達到指定數(shù)值時,關(guān)閉蝶閥。通過控制真空度來模擬不同海拔下的.大氣壓力,實現(xiàn)離心泵吸入口壓力的調(diào)整,進而實現(xiàn)泵高原吸入性能模擬實驗。

          1.3 實驗方法

          地理學(xué)中將平均海拔超過1 000 m的廣袤地區(qū)稱為高原。機械設(shè)備通常將海拔2 500 m作為正常使用的分界點。為了能夠準確對比離心泵吸入性能的變化規(guī)律,本文選取海拔0,1 500,2 000,2 500,3 000 m作為實驗點。由表2可見,海拔每升高500 m,對應(yīng)真空度約上升0.005 MPa。對應(yīng)本文選取的海拔,真空罐內(nèi)的真空度依次增大0,0.015,0.02,0.025,0.03 MPa。

          由于真空度高于0.025 MPa、發(fā)動機轉(zhuǎn)速超過1 600 r/min后,泵機組出現(xiàn)了劇烈抖動現(xiàn)象,為避免繼續(xù)升速后損壞實驗設(shè)備,各海拔下均選取泵機組發(fā)動機轉(zhuǎn)速為1 100,1 200,1 300,1 400,1 500,1 600 r/min進行實驗。泵由發(fā)動機經(jīng)過增速器驅(qū)動運行,增速比為1.52,對應(yīng)的泵轉(zhuǎn)速為1 672,1 824,1 976,2 128,2 280,2 432 r/min,在各轉(zhuǎn)速下測試泵入口持液率數(shù)據(jù)。

          實驗按照GB/T 3216—2005《回轉(zhuǎn)動力泵 水力性能驗收試驗1級和2級》[13]、GB/T 18149—2000《離心泵、混流泵和軸流泵水力性能試驗規(guī)范 精密級》[14]和GB/T 13929—1992《水環(huán)真空泵和水環(huán)壓縮機試驗方法》[15]等國家標準規(guī)定的方法進行。

          2實驗結(jié)果

          按照上述方法開展實驗,獲取離心泵在不同海拔和轉(zhuǎn)速下的泵吸入口持液率曲線。因持液率曲線較多且規(guī)律類似,本文只列出各海拔下泵轉(zhuǎn)速為1 824和2 280 r/min時的持液率數(shù)據(jù),并以海拔0 m、泵轉(zhuǎn)速2 280 r/min時的持液率數(shù)據(jù)曲線為例對實驗過程進行說明。700 s時發(fā)動機掛泵,因泵入口流體被吸走且后續(xù)流體未能及時補充,此時泵吸入口流體含量迅速降低,所以瞬間泵吸入口處氣體含量急劇增大,而后隨著管內(nèi)流體的不斷流動補充至泵吸入口處,持液率慢慢回升直至基本穩(wěn)定于一固定值。2 250 s時,發(fā)動機與泵連接斷開,泵吸入口持液率上升,因泵停止運轉(zhuǎn),而后續(xù)流體仍然繼續(xù)流動,泵吸入口管線內(nèi)瞬間充滿流體,造成吸入口持液率大幅上升,而后隨著流體流速的下降,持液率數(shù)值恢復(fù)至實驗初始狀態(tài)。

          3數(shù)據(jù)分析

          整理泵在不同海拔和轉(zhuǎn)速下含氣率測試儀輸出的電壓值 β ,計算泵吸入口持液率 α 和泵吸入口持液率變化率 γ ,得到泵在不同真空度下的持液率變化規(guī)律。

          離心泵吸入口持液率 α 和持液率變化率 γ 的數(shù)值可以發(fā)現(xiàn),泵吸入口的持液率符合以下規(guī)律:①不同海拔、相同轉(zhuǎn)速下,泵的持液率隨海拔的提升不斷降低,即海拔越高,泵吸入口的持液率越低,海拔每升高500 m,泵吸入口持液率下降2%~5%;②相同海拔、不同轉(zhuǎn)速下,泵的持液率隨轉(zhuǎn)速提高呈降低趨勢,即泵的轉(zhuǎn)速越高,泵吸入口持液率越低。

          泵轉(zhuǎn)速不變,海拔升高時,因大氣壓力 P 降低,而高差 Z 與動能 0.5ρv入2均不變,導(dǎo)致離心泵吸入口壓力 P入降低,離心泵的吸入能力下降,泵吸入口持液率降低。海拔不變,泵轉(zhuǎn)速升高時,泵吸入口流體流速升高,流體動能升高,若要繼續(xù)保持方程兩端平衡,則吸入口壓力與流體密度至少有一項需要減。蝗粑肟趬毫档,則與第一種情況相同;若流體密度減小,則說明液體內(nèi)混入氣體,即吸入口持液率降低。

          4結(jié)論

          通過一系列不同海拔和轉(zhuǎn)速下泵高原吸入性能模擬實驗,獲取了離心泵在不同海拔和轉(zhuǎn)速下泵吸入口持液率,生成了泵的持液率變化曲線,分析實驗數(shù)據(jù)得出以下結(jié)論:

          1)不同海拔、相同轉(zhuǎn)速下,泵的持液率隨海拔的提升不斷降低,即海拔越高,泵吸入口持液率越低,海拔高度每升高500 m,泵吸入口持液率下降2%~5%;

          2)相同海拔、不同轉(zhuǎn)速下,泵的持液率隨轉(zhuǎn)速提高呈降低趨勢,即泵的轉(zhuǎn)速越高,泵吸入口持液率越低;

          3)隨著泵吸入口持液率降低,泵內(nèi)吸入氣體增加,泵內(nèi)流體流動狀態(tài)不穩(wěn)定,泵出入口壓力及流量波動劇烈,泵機組工作狀態(tài)趨于不穩(wěn)定。

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