1.2.4 離心泵的內(nèi)外關(guān)聯(lián)

要建立離心泵外特性不穩(wěn)定與內(nèi)部流動(dòng)不穩(wěn)定之間的關(guān)聯(lián)，一方面要監(jiān)測(cè)和診斷駝峰狀態(tài)下流動(dòng)分離區(qū)的范圍以及運(yùn)行過(guò)程中分離區(qū)的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)，這實(shí)質(zhì)是離心泵內(nèi)部不穩(wěn)定流動(dòng)的捕捉與特征提取，研究外特性不穩(wěn)定狀態(tài)下內(nèi)部流動(dòng)的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律；另一方面應(yīng)明確內(nèi)部流動(dòng)不穩(wěn)定對(duì)外特性不穩(wěn)定的作用機(jī)理，采取相應(yīng)措施延遲和控制分離流動(dòng)，降低分離流動(dòng)對(duì)離心泵外特性不穩(wěn)定的影響，并在此基礎(chǔ)上提出離心泵外特性不穩(wěn)定的控制策略。

在離心泵外特性不穩(wěn)定控制方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已開(kāi)展了許多研究工作，并取得了一定的進(jìn)展。研究工作主要集中在通過(guò)采取各種措施來(lái)改善泵內(nèi)部流動(dòng)情況，進(jìn)而避免出現(xiàn)離心泵外特性不穩(wěn)定。Cooper P^[52]較早提出了在誘導(dǎo)輪進(jìn)口前緣安裝反向流穩(wěn)定器的結(jié)構(gòu)措施來(lái)解決進(jìn)口前緣的回流。在四臺(tái)高速離心泵的誘導(dǎo)輪進(jìn)口前緣安裝反向流穩(wěn)定器，使高速離心泵由原來(lái)在小流量工況下的不穩(wěn)定變得穩(wěn)定，反向流穩(wěn)定器可以使高速離心泵在從最佳效率點(diǎn)（Best Ef-ficiency Point，BEP）到關(guān)死點(diǎn)的所有流量下穩(wěn)定運(yùn)行。作者課題組也針對(duì)低比轉(zhuǎn)速離心泵進(jìn)行了大量研究^[53，54]，針對(duì)小流量高揚(yáng)程高速離心泵，由于比轉(zhuǎn)速很低而存在的效率低和容易出現(xiàn)小流量工作不穩(wěn)定等問(wèn)題，在結(jié)構(gòu)上提出了變螺距誘導(dǎo)輪和復(fù)合葉輪的組合結(jié)構(gòu)，理論上提出了加大流量的設(shè)計(jì)方法。這些研究以?xún)?nèi)部流動(dòng)為基礎(chǔ)，雖然對(duì)離心泵的外特性不穩(wěn)定進(jìn)行了改進(jìn)，但未能揭示離心泵外特性不穩(wěn)定與內(nèi)部流動(dòng)不穩(wěn)定之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。

當(dāng)離心泵運(yùn)行于外特性不穩(wěn)定工況時(shí)，泵內(nèi)流體流動(dòng)會(huì)變得不穩(wěn)定，并首先在葉片背面出現(xiàn)流動(dòng)分離，而流動(dòng)分離區(qū)的出現(xiàn)不可避免地要影響機(jī)械的能量轉(zhuǎn)換特性。Tsujimoto^[55]詳細(xì)介紹了旋轉(zhuǎn)失速的生成機(jī)理，認(rèn)為旋轉(zhuǎn)失速是與揚(yáng)程流量曲線的正斜率密切相關(guān)的流動(dòng)不穩(wěn)定現(xiàn)象。Krause等^[56]采用瞬態(tài)PIV （Time-Resolved Particle Image Velocimetry，TR-PIV）技術(shù)分析了三種不同葉片形式離心葉輪內(nèi)的旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象，結(jié)果表明大包角的葉輪能夠抑制葉輪出口區(qū)域的流動(dòng)分離，并由此獲得無(wú)駝峰的揚(yáng)程曲線。Shojaeefard等^[57]研究離心泵輸送不同黏度液體時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)輸送原油時(shí)，離心泵揚(yáng)程曲線穩(wěn)定，工作介質(zhì)為水時(shí)，泵的揚(yáng)程曲線出現(xiàn)駝峰，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因在于泵內(nèi)介質(zhì)黏度的增大會(huì)降低葉片表面邊界層分離的可能性。本書(shū)作者所在課題組^[58]已開(kāi)展了采用能量梯度來(lái)判斷離心泵內(nèi)部流動(dòng)不穩(wěn)定發(fā)生位置的研究，從泵內(nèi)能量梯度函數(shù)隨流量的變化規(guī)律來(lái)看，泵內(nèi)容易發(fā)生失穩(wěn)的區(qū)域是能量梯度K函數(shù)最大的區(qū)域。葉輪出口區(qū)域和蝸殼隔舌附近是K函數(shù)出現(xiàn)最大值的區(qū)域，然而隨著流量的減少，葉輪流道內(nèi)K函數(shù)最大的區(qū)域逐漸向葉輪進(jìn)口方向遷移，這意味著葉輪進(jìn)口區(qū)域流動(dòng)逐漸影響泵內(nèi)流動(dòng)的穩(wěn)定性，改變?nèi)~輪進(jìn)口結(jié)構(gòu)的方法可以減小外特性不穩(wěn)定。

可見(jiàn)，盡管?chē)?guó)內(nèi)外已經(jīng)在外特性不穩(wěn)定與內(nèi)部流動(dòng)不穩(wěn)定之間關(guān)聯(lián)這方面開(kāi)展了一定的研究，在一定程度上解釋了離心泵內(nèi)部流動(dòng)與外特性不穩(wěn)定的關(guān)聯(lián)，但并未完全揭示其內(nèi)在機(jī)理，還沒(méi)有掌握內(nèi)部流動(dòng)不穩(wěn)定對(duì)外特性不穩(wěn)定的影響規(guī)律。