简析转速对涡旋液泵空化性能的影响

胡翁旦

浙江省计量科学研究院 浙江杭州 310018

涡旋液泵作为广泛应用在人们现实生活的冰箱、空调等家用设备上的叶片泵，具有体积小巧、流量较小且泵出射程较远的优点[1]。对于涡旋液泵性能的影响主要是在泵输液体以及自身转速方面上，尽管涡旋液泵能够在一定的特殊环境和条件下实现液体和气体共同混合泵输的功能，但是大多数情况下还是受自身转速的影响，进而导致涡旋液泵空化性能。而在转速上主要有以下几个方面的因素影响：

1 温度对标准大气压的影响

理论上，由于涡旋液泵的工作环境一般在常态气温和一个标准正大气压下进行，因此在常规的环境操作之下，对不同密度、不同比热容的液体进行泵出时，只需要结合液体本质上的差异进行不同频率和不同功率下的离心分析即可，并不会导致空化的产生，也不会对涡旋液泵装置本身造成损害。但是在实际操作中，情况往往比较复杂。涡旋液泵属于额定功率下转速较慢，容积较小的装置，在现实生活中，由于种种原因，会对转速上提出一定的要求。当转速超过额定功率进行转速较快的做功运动时，由于会受到体积限制，导致在涡旋液泵内外的大气压强产生变化，当内外大气压强的差值达到一定峰值时，就对液泵内部的泵输液体的喷射装置产生了较为强烈的负面影响，导致泵输装置在泵内不够稳定，从而在内部形成高压、低压情况并存的现象，这种现象会对涡旋液泵的泵叶增加负荷，于是出现了空化。并且在涡旋液泵运转时内部不可控制的前提下，只能对液泵的表面进行温度冷却处理，治标不治本，进一步加剧空化。涡旋液泵在大型装置内部的情况则更为严重，由于大型装置在运转中会产生大量的热能，而处于核心位置的液泵无法得到良好的冷却处理，只能透过其他机器设备的风扇来间接控制，无法从液泵内部来进行处理。

2 液泵进口处设置的不合理

在液泵的运转过程中，液体进口处的设置显得格外关键。如果在家用电器的涡旋液泵中，将进口处设置在左右两侧，则会对液泵内部的泵叶运转造成影响。这是因为在泵叶扇面高速运转过程中，内部产生的压力会对液体产生分流，如果将进口处设置在左右两侧，进液后的一侧大气压强会在短时间内恢复到大气压强，而出液的一侧则在内外大气压强的作用下变得越来越紧闭，导致后期出液十分困难。与此同时，由于单侧进液出液的设置会对装置中的内部叶面造成一定的影响，使得在高转速下的涡旋液泵的效率并没有随着功率的提高而提高，反而在各种不利单侧因素影响之下有所下降。高转速下，进口处进液越来越快，出口处出液却越来越慢，最终在内部温度逐渐升高、泵叶旋转越来越快以及左右两侧压强差越来越大的因素下导致空化情况的发生。在此情形下，应该将液泵进口处与出液处设置在同一高度势能条件下，避免单侧压力的增大，同时保持合适的转速，才能将涡旋液泵的效率发挥到最大，同时也不容易导致液泵内部空化的发生。除此之外，还可以通过设置较多的进液口和出液口的形式，来合理平衡进出两侧的不合理因素，在一定功率的转速下保持有限个数的进出口，最大限度保持液泵内部的平衡[2]。

3 涡旋液泵内部泵叶的空隙

当前市面上的涡旋液泵的扇叶主要以单层光滑的金属或混合材质为主，这种扇叶的好处在于可以用最大接触面积来实现对液体的搅拌以及用运转时产生的离心力有效泵输液体并且坚固牢靠。但是缺点也显而易见，涡旋液泵内部不可能完全封闭，扇叶之间必定会留下空隙，在液泵运转过程中，这些空隙所产生的空气热流会对进入液泵内部的液体进行一定程度上的汽化，如产生温度较高的水蒸气等。水蒸气等各种蒸汽化的液体的生成会对液泵内部产生一种去真空化的现象，表现出来就是空化。而这种空化的产生，究其根本在于涡旋液泵装置在设计之初时就注定了会造成这样空化的现象。因此唯一的解决办法在于对当前的涡旋液泵进行合理化的重新设计。对液泵内部装置的关键部位如：泵叶构造、叶扇表面以及活动泵盘中心进行去空化的改造。在泵叶构造上，打破原有的单层设计，采用复合泵叶多层次的构造设计模式，在避免空隙的同时极大的提高了涡旋液泵对泵输液体的效率；在叶扇表面采用多孔道漏网式的设计来替换原有的光滑表面，在运转过程中更加注意对液体的出液速度加以控制；活动泵盘在液泵中心进行一定程度的加固处理，当空化发生时可以有效的采取操作泵盘位置的方式来进行调整。

4 液体流速对泵内壁的磨损

不管是什么密度的液体在涡旋液泵内部进行高速大量做功时，都会对液泵的内壁造成一定的磨损。如在进液口的大量运输中，如果前期没有进行简单有效的清洁处理则会对进液口造成较大面积的堵塞，堵塞之后，液泵内部就处于没有液体或液体较少的工作状态，导致空化。在涡旋液泵长期高强度负荷运转状态下，液泵内部的液体残留也会对泵叶以及叶扇表面产生影响，从而在运转过程中产生空化。在出液快要结束时，也就是运转结束的临界点上，但液泵内部的液体急剧减少，而泵叶由于惯性的影响不能立刻停止做功，也会导致空化的产生。对于上述情况，可以将涡旋液泵定期进行取出清洗，在清洗过程中要注意对装置内部的构造进行良好的维护和修理，保证液泵内部能够在后续的工作中保持较好的状态[3]。

5 结语

综上所述，通过对涡旋液泵在转速方面对空化性能的影响因素分析可以得出：当前涡旋液泵的各项装置设计尚有不合理之处，在工作性能的提升上还有很大的空间。如何在现有的涡旋液泵装置基础上进行改进，在避免空化性能的同时将涡旋液泵的效率更高层次的发挥出来则是下一步涡旋液泵设计制造工作的重点。