穩(wěn)定性的試驗(yàn)研究
Masao Oshima[13]是對比轉(zhuǎn)速ns=66轉(zhuǎn)速為3500r/min的帶誘導(dǎo)輪的隔膜泵進(jìn)行試驗(yàn)研究得出了上面結(jié)論的,，那么在離心輪前加孔板,，或者對更低比轉(zhuǎn)速的高速誘導(dǎo)輪隔膜泵在誘導(dǎo)輪前緣加孔板,，是不是也能使高速隔膜泵獲得很穩(wěn)定的隔膜泵揚(yáng)程流量特性線呢,？以及靠合理設(shè)計(jì)過流部件而不采取加孔板的結(jié)構(gòu)措施,，是不是也能使高速隔膜泵獲得很穩(wěn)定的揚(yáng)程流量特性線呢,？為此我們研制了幾臺高速誘導(dǎo)輪隔膜泵,，并開展了如下三種方案的試驗(yàn)研究,。
1.3.1 加反向流穩(wěn)定器的水試
為驗(yàn)證P.Cooper[12]的論點(diǎn),，在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為n=14000r/min,、流量Q=41m3/h、揚(yáng)程H=870m,、比轉(zhuǎn)速ns=34的GSB-41-870滑動高速高速隔膜泵時(shí),，在誘導(dǎo)輪前設(shè)計(jì)了反向流穩(wěn)定器，其水試結(jié)果如圖2-8所示,，從圖中可以看出,，該高速隔膜泵取得了很穩(wěn)定的揚(yáng)程流量特性線，在設(shè)計(jì)工況點(diǎn),，該隔膜泵的效率為55％,。該高速隔膜泵的水試結(jié)果表明在誘導(dǎo)輪前安裝反向流穩(wěn)定器有利于低比轉(zhuǎn)速高速高速隔膜泵取得穩(wěn)定的揚(yáng)程流量特性線。
1.3.2 復(fù)合葉輪的水試
我們曾研制設(shè)計(jì)了比轉(zhuǎn)速為15～40的幾臺低比轉(zhuǎn)速高速復(fù)合葉輪隔膜泵,，并進(jìn)行了水力試驗(yàn),。這幾臺高速隔膜泵的設(shè)計(jì)參數(shù)如表2-1。
為了能夠保證高速隔膜泵獲得較高的揚(yáng)程系數(shù)和效率,，研制時(shí)都采用復(fù)合葉輪,，其中GSB-25-600/2高速隔膜泵為兩級復(fù)合葉輪結(jié)構(gòu),，而其它隔膜泵則采用單級復(fù)合葉輪結(jié)構(gòu)。為便于分析比較,我們對GSB-7.5-255高速隔膜泵設(shè)計(jì)了兩種方案的葉輪結(jié)構(gòu)（圖2-9,，圖2-10）,，而GSB-25-600/2高速隔膜泵的第一級和第二級復(fù)合葉輪的葉片型線是一樣的。這幾臺高速隔膜泵的葉輪參數(shù)如表2-2所示,。
帶復(fù)合葉輪1的GSB-7.5-255高速隔膜泵的水試結(jié)果如圖2-11和圖2-12所示,。由于水試時(shí)在小流量工況下高速隔膜泵的出口壓力產(chǎn)生劇烈的脈動，因此就不能準(zhǔn)確測出小流量范圍的揚(yáng)程和效率,，只能測得開始穩(wěn)定點(diǎn)Q=8.4m3/h以后的揚(yáng)程和效率,。由于小流量下高速隔膜泵出現(xiàn)的不穩(wěn)定性，在汽蝕試驗(yàn)時(shí)只測出了開始穩(wěn)定點(diǎn)Q=8.4m3/h的汽蝕余量NPSH=2.4m,，也滿足不了設(shè)計(jì)要求,。產(chǎn)生這種不穩(wěn)定性的原因主要是高速隔膜泵在小流量下產(chǎn)生很大的水力損失，致使高速隔膜泵的特性線出現(xiàn)正斜率上升段,，這樣與管路聯(lián)合工作時(shí),，就產(chǎn)生了不穩(wěn)定流動。
b) 葉輪2水試
根據(jù)本章第二節(jié)的分析,，高速隔膜泵的特性線出現(xiàn)正斜率上升段主要是由小流量工況下列三種損失所導(dǎo)致的結(jié)果,。
1) 誘導(dǎo)輪進(jìn)口前緣產(chǎn)生回流損失；
2) 葉輪進(jìn)口前的回流損失,；
3) 以及葉輪流道出現(xiàn)的尾流-射流結(jié)構(gòu)及流動分離所產(chǎn)生的水力損失,。
因此選用具有較小葉片出口角和較多葉片數(shù)的葉輪2重新進(jìn)行水力試驗(yàn)，其結(jié)果如圖2-13和2-14所示,。水試時(shí)從Q=5.9m3/h開始測試揚(yáng)程和效率,，高速隔膜泵出口壓力并沒有出現(xiàn)脈動的現(xiàn)象。從圖中可以明顯看出,，高速隔膜泵的H~Q特性線不存在正斜率上升段,，即具有很穩(wěn)定的小流量穩(wěn)定性。在設(shè)計(jì)工況點(diǎn)Q=7.5m3/h,，高速隔膜泵的揚(yáng)程和效率為256m和39.2%,，汽蝕余量為0.7m。與葉輪1相比葉輪2取得較優(yōu)越性能指標(biāo)的原因是葉輪2的出口葉片角β2較小,，同時(shí)葉片數(shù)多（4+4+8+8）,，改善了葉輪流道的二次流和擴(kuò)散程度，減少了由于尾流-射流結(jié)構(gòu)及可能的流動分離所形成的水力損失,，另外由于葉輪外徑D2減少而導(dǎo)致葉輪圓盤摩擦損失的降低也是高速隔膜泵效率得以提高的一個(gè)原因,。
由于誘導(dǎo)輪、復(fù)合葉輪和蝸殼等過流部件的幾何參數(shù)以及它們之間的匹配設(shè)計(jì)合理,，致使這三臺高速隔膜泵取得了很好的性能指標(biāo),。它們的揚(yáng)程流量特性線不存在正斜率上升段,，即具有很好的小流量工作穩(wěn)定性。在設(shè)計(jì)工況點(diǎn),，GSB-10-410高速隔膜泵的效率為35%,，揚(yáng)程為420m，相應(yīng)的揚(yáng)程系數(shù)為0.542,；GSB-25-600/2高速隔膜泵的效率為45%,，揚(yáng)程為620m，相應(yīng)的揚(yáng)程系數(shù)為0.545,；GSB-11-125高速隔膜泵的效率為47.2%,，揚(yáng)程為128m，相應(yīng)的揚(yáng)程系數(shù)為0.588,。
1.3.3 加孔板水試
針對帶葉輪1的GSB-7.5-255高速隔膜泵產(chǎn)生的小流量工況不穩(wěn)定的原因分析,，參照Masao Oshima提出的在誘導(dǎo)輪進(jìn)口前緣加孔板能夠提高高速隔膜泵在關(guān)死點(diǎn)揚(yáng)程的研究結(jié)論[13]，帶葉輪1的GSB-7.5-255高速隔膜泵設(shè)計(jì)了孔板,，并分別安裝在誘導(dǎo)輪進(jìn)口前緣,、離心輪進(jìn)口前、及誘導(dǎo)輪和離心輪前,，作了三組水力試驗(yàn),。誘導(dǎo)輪前和離心輪前加孔板的結(jié)構(gòu)如圖2-18和2-19所示,，從三種水試結(jié)果（見圖2-20～2-21）可以明顯看出,，不論在誘導(dǎo)輪前加孔板、離心輪前加孔板還是在誘導(dǎo)輪和離心輪前同時(shí)加孔板,，都能使穩(wěn)定工況向更小流量移動,，且H-Q特性線不出現(xiàn)正斜率上升段，說明了高速隔膜泵具有很理想的小流量工作穩(wěn)定性,。這也表明了孔板有效地防止了誘導(dǎo)輪和離心輪進(jìn)口前緣處產(chǎn)生回流,，減少了或消除了回流對主流的影響，因而減少了流體的動壓降,，使NPSH值從葉輪1圖2-13中8.4m3/h流量下的2.4m降至圖2-21中Q=7.5m3/h的0.7~1.2m,，提高了汽蝕性能。而孔板對效率沒有多大的影響,。
從上面加孔板的三種方案的水試結(jié)果也表明了誘導(dǎo)輪前的回流及離心輪前的回流會加強(qiáng)離心輪流道的尾流-射流結(jié)構(gòu)和助長邊界層分離傾向,，在誘導(dǎo)輪前及在離心輪前加孔板不僅可以有效地防止了誘導(dǎo)輪和離心輪進(jìn)口前緣處產(chǎn)生回流，而且會減弱離心輪流道內(nèi)的尾流-射流結(jié)構(gòu)和和流動分離傾向,。
從圖2-21可以看出,，在誘導(dǎo)輪前加孔板比在離心輪前加孔板使高速隔膜泵取得略低的汽蝕余量，即在誘導(dǎo)輪前加孔板更有利于提高高速隔膜泵的汽蝕性能,，因?yàn)樵谡T導(dǎo)輪產(chǎn)生的出口揚(yáng)程滿足離心輪進(jìn)口能量要求的條件下,，高速隔膜泵的汽蝕性能主要取決于誘導(dǎo)輪,。在誘導(dǎo)輪前加孔板有效地控制了回流對主流的影響，減少了回流損失,，即降低了汽蝕余量
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