在實際流動中，流體在進入葉輪之前，受到下游流體的作用，已經開始進行旋轉運動，這種進入葉輪前的旋轉運動稱為預旋或先期旋繞。預旋可分為強制預旋和自由預旋。強制預旋是由結構上的外界因素造成的，如雙吸葉輪所採用的半螺旋形吸入室，多級葉輪背導葉出口角小於或大於90°等的結構型式，都迫使流體以小於或大於90°的角度進入葉輪。
基本介紹
- 中文名：強制預旋
- 外文名：Forced prerotation
- 特徵：流量不變
- 產生原因：結構因素，如吸入室或背導葉
- 性質：科學
簡介,進口速度三角形,自由預旋,關於預旋的其他觀點,
簡介
強制預旋是由結構上的外界因素造成的，如雙吸葉輪所採用的半螺旋形吸入室，多級葉輪背導葉出口角小於或大於90°等的結構型式，都迫使流體以小於或大於90°的角度進入葉輪。當α1<90°時，預旋的方向與葉輪旋轉的方向相同，稱為正預旋。當α1>90°時，預旋的方向與葉輪旋轉的方向相反，稱為負預旋。
進口速度三角形
圖1所示為具有強制預旋的進口速度三角形。強制預旋時，流量保持不變，即軸面速度口ν1m保持不變。
強制預旋是由吸入室或背導葉造成的，並不消耗葉輪的能量，所以消耗功率不增加。由於預旋使ν1u不為零，當為正預旋時，α1<90°，ν1u為正值，致使流體獲得的理論揚程HT降低；但流體以正預旋進人葉輪，可以改善流體在葉輪進口處的流動，並消除了轉軸背面的旋渦區，同時使相對速度ω1減小，從而可以提高泵的抗汽蝕性能，以及減小損失、提高泵的效率。所以，目前國內外鍋爐給水泵為改善泵性能，其背導葉的出口角往往設計成小於90°。當為負預旋時α1>90°，ν1u為負值，此時流體獲得的理論揚程HT雖增加，但相對速度ω1增大，會使泵的抗汽蝕性下降，損失增加，導致其效率降低。
圖1 具有強制預旋的進口速度三角形
圖1 具有強制預旋的進口速度三角形自由預旋
自由預旋與結構無關，而是由於流量的改變造成的。自由預旋產生的原因，有人認為是由旋轉的葉輪造成的。斯梯瓦特(Stewart)曾用特殊的轉子儀進行過試驗，所得結果表明：在設計流量工作時，沒有預旋，當大於或小於設計流量時，則產生預旋，之後的試驗又證實了小於設計流量時為正旋轉，大於設計流量時為負旋轉。所以，斯捷潘諾夫否認了由葉輪旋轉造成預旋的說法，因為葉輪不能使流體產生與之相反的預旋，而用最小阻力原理進行了解釋，即認為流體總是企圖選擇阻力最小的路線進入葉輪。圖2所示為自由預旋時的速度三角形。在設計流量工作時，軸面速度為ν1m，流動角為β1。當流量小於設計流量時，軸面速度ν1m<ν1m，α1<90°，β1<β1，若要阻力最小，流體以接近於肺角流入葉輪時，此時產生和葉輪旋轉方向相同的正預旋，如圖2(a)所示。當流量大於設計流量時，軸面速度ν1m>ν1m，α1>90°，β1>β1，則產生和葉輪旋轉方向相反的負預旋，如圖2(b)所示。
圖2流量變化引起預旋時的速度三角形
圖2流量變化引起預旋時的速度三角形關於預旋的其他觀點
亦有學者對預旋提出了另外的觀點，如產生預旋時的流量稱為臨界流量(臨界流量小於設計流量)，當流量減小到這個臨界流量時，在葉輪前蓋板人口處產生強烈的逆流，如圖3所示，由於逆流造成和主流的強烈混雜，也促使葉輪進口前產生預旋。流量越小，逆流越大，預旋越大。形成逆流的臨界流量對不同的葉輪來說，其大小是不同的。因逆流而造成的預旋，其能量是由葉輪給予的，所以要消耗一部分葉輪的功率。
圖3葉輪入口前的逆流
圖3葉輪入口前的逆流