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環(huán)形水泵體所受機(jī)械載荷的影響要小于蝸形體的探究
環(huán)形水泵體比蝸形體所受機(jī)械載荷的影響要小,此外,環(huán)形水泵體更易于設(shè)計(jì)。
如果這種水水泵體不是鑄造的,而是經(jīng)過(guò)車(chē)削、銑削、沖壓成形和焊接的,那么環(huán)形水泵體的制造是相當(dāng)容易的而且成本低廉。因此當(dāng)采用薄板制造水泵時(shí),顯然應(yīng)當(dāng)采用環(huán)形水泵體。然而,制造的優(yōu)點(diǎn)被兩種不利的水力因素所阻礙:
①轉(zhuǎn)子上較高的徑向力
②效率降低。
徑向力是葉輪和水泵體間的相互作用而產(chǎn)生的液壓力,是由葉輪外圓處不對(duì)稱(chēng)的靜壓分布所造成的。對(duì)于恒定剖面的環(huán)形水泵體,旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)性由于吐出管而受到嚴(yán)重影響。
而對(duì)于蝸形體而言,徑向力在設(shè)計(jì)點(diǎn)是最小的,環(huán)形水泵體內(nèi)的徑向力在接近零流量處為最小,而且朝著設(shè)計(jì)點(diǎn)連續(xù)不斷地增大。在小型水泵中,這些力不會(huì)引起任何問(wèn)題。對(duì)于較大型的水泵,常常采用環(huán)形和蝸形的組合體來(lái)妥善地解決。由于徑向力的疊加,在最佳效率點(diǎn)范圍內(nèi),相對(duì)于流量可以繪出幾乎水平的徑向力曲線,有效的流動(dòng)計(jì)算方法對(duì)于優(yōu)選水泵體的形狀有重要的價(jià)值。這些方法還可以用來(lái)計(jì)算徑向力的不穩(wěn)定分量,此值在非設(shè)計(jì)工況時(shí)增大效率的明顯降低只在高比轉(zhuǎn)速、的環(huán)形水泵體的水泵上出現(xiàn)。
與蝸殼水泵體不同的是,差別極大的液流速度伏域之間的脈沖轉(zhuǎn)換造成了水力損失增大,在低比轉(zhuǎn)速情況下,這些損失可以由于表面光滑導(dǎo)致的摩擦損失減小而得到補(bǔ)償,有時(shí)甚至可以過(guò)度補(bǔ)償,光滑的蝸殼比葉輪更為敏感。一些低比轉(zhuǎn)速的環(huán)形殼體水泵比相應(yīng)的蝸殼水泵有更好的效率,這不可能只用摩擦的影響來(lái)解釋。在上述情況下可以設(shè)想葉輪和水泵體之間間隙的有效影響。
隨著揚(yáng)程的降低在恒定流量條件下,比轉(zhuǎn)速和由此與揚(yáng)程有關(guān)的沖擊損失的相對(duì)分量會(huì)增大。由此可見(jiàn),隨著比轉(zhuǎn)速的增大,雙彎曲葉片葉輪和圓柱葉片葉輪之間的效率差異一定會(huì)增大。在相同比轉(zhuǎn)速下,在雙彎曲葉片葉輪和口柱型葉片葉輪之間,多級(jí)水泵的效率差異比蝸殼水泵更大。
這種偏差的原因是由于軸穿過(guò)葉輪,節(jié)段水泵的葉輪有一個(gè)相對(duì)大的直徑,因此比沒(méi)有輪毅的蝸殼水泵有更高的沖擊損失。在比轉(zhuǎn)速最大約的范圍內(nèi),這種效率差在或個(gè)百分點(diǎn)之間。由于摩擦損失減小,較光滑的表面鋼板代替砂型鑄造葉輪可以獲得同樣數(shù)量的效率,而且可以補(bǔ)償沖擊損失影響。
如果采用薄板,就可以制造出極薄的葉片,這樣就會(huì)減少這些不利影響。由于這種特殊的作用,因此要水泵在合理的比轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)運(yùn)行,那么不論是否采用圓柱型葉片,薄板葉輪通常都會(huì)比具有雙彎曲葉片的砂型鑄造葉輪有更高的效率,如圖1所示給出了根據(jù)薄板技術(shù)優(yōu)選出的薄板結(jié)構(gòu)與普通葉輪的結(jié)構(gòu)的比較。這種優(yōu)選的結(jié)構(gòu)既沒(méi)有顯示汽蝕余量的不足,也沒(méi)有顯示效率下降。圓柱型葉片的葉輪可以用模壓的簡(jiǎn)單方法制造,吸人側(cè)蓋板可以通過(guò)焊接進(jìn)行組合。

如果吸入側(cè)形狀不是彎曲的,那么常常不采用吸人側(cè)蓋板,而且半開(kāi)式葉輪的葉片和壁之間有很小的間隙。如果葉輪是通過(guò)車(chē)削或銑削制造的,那么由于葉片角不適配所造成的沖擊和脫流損失大部分可以由更光滑和更精確的表面來(lái)補(bǔ)償。圓柱形徑向流道的葉輪對(duì)于小流量和高壓力的水泵,即所謂極低比轉(zhuǎn)速的水泵,鑄造技術(shù)會(huì)達(dá)到其極限,這種長(zhǎng)而窄以及相對(duì)粗糙的葉輪流道不可能再進(jìn)行修平。
鑄造偏差使得水力性能有很大的變化,提出的解決辦法是利用有徑向孔的簡(jiǎn)單圓盤(pán)作為流道,所得到的壓力系數(shù)和效率通常很低,制造加工是相對(duì)簡(jiǎn)單的一個(gè)車(chē)成的圓盤(pán)上有徑向孔,此孔接著轉(zhuǎn)向出口處使這些孔貫穿側(cè)壁或葉輪蓋板。有孔的圓盤(pán)與普通葉輪的水力性能比較對(duì)于相同的葉輪直徑,揚(yáng)程增加量達(dá)。當(dāng)采用環(huán)形水泵體時(shí)可達(dá)到最大的效率。一種有孔的圓盤(pán)所具有的優(yōu)點(diǎn)可概括如下:
①極高的壓力系數(shù)
②良好的效率
③良好的汽蝕余量
④簡(jiǎn)單的制造工藝
⑤這種幾何形狀可以促使穩(wěn)定質(zhì)量,因此可以保證低成本
⑥恒定的流量一揚(yáng)程一效率值
⑦交貨期短。

