強制預旋

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。
強制預旋
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ν1m1m,α1<90°,β11,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ν1m1m,α1>90°,β11,則產生和葉輪旋轉方向相反的負預旋,如圖2(b)所示。
強制預旋
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。
強制預旋
圖3葉輪入口前的逆流

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