車(chē)用液體加熱器循環(huán)水泵性能的試驗分析

2011年第10期農業(yè)裝備與車(chē)輛工程No.10 2011 .(總第243期)AGRICULTURAL EQUIPMENT & VEHICLE ENGINEERINC(Totally 243)doi: 10.3969/j.ssn.1673-3142.2011.10.006車(chē)用液體加熱器循環(huán)水泵性能的試驗分析郭彬',逄學(xué)艷',毛華永',郝勝兵",王偉2(1.山東大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院,山東濟南250061; 2.河北安吉宏業(yè)機械股份有限公司,河北泊頭062150)摘要:對數種車(chē)用液體加熱器循環(huán)水泵進(jìn)行了臺架試驗,分析對比了水泵特性,討論了影響水泵揚程的多種因素。關(guān)鍵詞:加熱器;循環(huán)水泵;水泵性能;試驗分析中圖分類(lèi)號:TK402文獻標識碼:A文章編號: 1673-3142(2011)10 0018-05Experiments and Analysis of Water Circulating Pump Performance for Vehicle Liquid HeaterGuo Bin', Pang Xueyan', Mao Huayong', Hao Shengbing', Wang Wei?(1. School of Energy and Power Engineering, Shandong University , Jinan 250061 ,China;2. Hebei Anji Hongye Machinery cO. LTD, Botou 062150,China)Abstract: Assessment experimental researches are carried out on several water circulating pumps of vehicle liquid heater. Theperformance of pump is analyzed and compared, and then the influencing factors of pump head are discussed.Keywords: heater; water circulating pump; pump performance; experiment analysis0引言車(chē)用加熱器作為- -種獨立的供熱裝置，已被10廣泛用于汽車(chē)、軍用裝甲車(chē)船舶等各種運載機械在冬季(或寒冷地區)取曖、發(fā)動(dòng)機冷啟動(dòng)預熱和風(fēng)擋玻璃化霜等。循環(huán)水泵是液體式加熱器能否保證正常供熱的重要組成部分。為了了解加熱器循環(huán)水泵的現有特性,作者對國產(chǎn)YJP(T)-Q系列車(chē)用加熱器及德國--同類(lèi)加熱器的循環(huán)水泵進(jìn)行了試驗對比分析。1試驗裝置及方法圖1水泵試驗裝置示意圖試驗是在圖1所示作者自制的簡(jiǎn)易試驗裝置1.水箱2.進(jìn)水閥門(mén)3.真空表4.壓力表5.水泵6.閃光測上進(jìn)行的。該試驗裝置主要包括水箱、進(jìn)出水調節儀7. 直流功率表8.出水閥門(mén)9.直流可調穩壓電源閥LZB- -50型玻璃浮子流量計Y-150(正)壓力10.浮子流量計表.YE膜盒(負)壓力表、SX48-DP直流功率表、出水口直徑為φ30mm(德國泵同),而YJP-Q32/JC17330直流穩壓電源、SC-8B型閃光測速儀等。2.2- -CD型泵,其進(jìn)、出水口直徑為中20mm。試驗試驗所用水泵型號為YJP-Q32/2.2型和中將以上兩種型號各3個(gè)泵和一個(gè)德國泵進(jìn)行了YJP-Q32/2.2-CD型,及一個(gè)與YJP-Q32/2.2型相相對比較試驗。對YJP -Q32/2.2型泵編號為01#、近的德國泵。以上水泵均為單吸單級、半開(kāi)式低02#、03#;而YJP- -Q32/2.2- -CD型泵的編號為11#、壓泵。YJP-Q32/2.2 型與YJP- Q32/2.2- -CD型水泵12#、13#。的葉輪及電機等均相同,唯-不同的是二者進(jìn)、出因試驗所用加熱器水泵屬微型泵，其葉輪外水口的直徑不同。其中YJP-Q32/2.2 型水泵的進(jìn)、徑僅中46.5mm,電機功率約100W左右,而葉輪是收稿日期:2011-07-07直接安裝在電機的懸臂軸上,因試驗手段所限,沒(méi)作者簡(jiǎn)介:郭彬(1985- ),男,山東濰坊人,在讀碩士研究生,目前能測量軸功率,僅測了電機功率。主要從事車(chē)用加熱器的研究。中國煤化工- 18-MHCNMH G郭彬等:車(chē)用液體加熱器循環(huán)水泵性能的試驗分析2011年10月試驗過(guò)程中,進(jìn)水閥i]全開(kāi),由可調直流穩壓德國泵,以上三線(xiàn)均為最低,其中德國泵在最大流電源調節水泵轉速，通過(guò)調節出水閥[ ]開(kāi)度并配量點(diǎn)時(shí)的功率比03#低22% ,而比01#低26%,這合調節電源電壓來(lái)調節水泵流量。每個(gè)測點(diǎn)均待對節能、低碳具有重要意義。工況穩定后迅速記錄各參數值。h =20mm2試驗結果與分析圖2是水泵距水面高度h=20mm時(shí)額定電壓(24V)下的流量特性曲線(xiàn)。該圖可認為是在裝機應品用時(shí),水泵隨著(zhù)系統阻力的不同而變化的實(shí)際工作特性。n-3700r/min 1 40 。h=20mm24120-國40R 60-告203800圖3 3700r/min流量特性300盟圖4為變轉速特性。隨著(zhù)轉速n的增大,其水電壓24V流量q.、出口靜壓px及電壓U、電流1、功率p均要80是上升的。大口徑泵的水流量和出口靜壓大于小口徑泵,但其電機功率也略大于小口徑泵。德國泵流量q,/m2.h的電壓、電流與功率最小,而流量和出口靜壓則與圖2額定電壓時(shí)流量特性大口徑泵相近。由圖2可看出,隨著(zhù)水流量q。的增大,因水5.6≤4.85泵負荷增大,其電機的電流I和功率P增大,但轉醫4.0速n和出口靜壓ps呈下降趨勢。在常用的最大流"3.2量點(diǎn),進(jìn)、出水口直徑為φ20mm的12#和13#泵比進(jìn)、出水口較粗的φ30mm泵02#和03#的流24 3量略小,其出口靜壓也略小,但小流量時(shí)則出口靜-o- 02*4壓略大于大口徑泵02#和03#。且出口靜壓曲線(xiàn).較大口徑泵略陡，這對應對較大的管路阻力變化時(shí)略顯有利。而德國泵最高點(diǎn)流量最大,其靜壓曲-0- 03#|120店線(xiàn)走向與國產(chǎn)大口徑泵相似,但略高于大口徑泵。80有在相同水流量下，大口徑泵02#和03#的轉速和-德泵電機電流略大于小口徑泵12#和13#，功率各有大有小。而德國泵轉速最高，但電流和功率卻最低,這說(shuō)明德國泵的電機性能最好。3300 3600 3900 4200 4500轉速n/r. min'圖3是3700r/min定轉速流量特性?？梢钥磮D4變轉速特性出,各泵出口靜壓ps的變化趨勢與額定電壓下的試驗中做了額定電壓24V時(shí)不同水位對水泵流量特性曲線(xiàn)相似。其電機電壓U、電流1、功率P性能的影響。從圖5看，水位對水流量及電流、功均隨水流量q。的增大而增大，但在同樣轉速下的率和轉速等基本影響不十，出門(mén)靜樂(lè )與水位呈線(xiàn)中國煤化工THCNMHG -19-2011年第10期農業(yè)裝備與車(chē)輛工程.01#家2惠3.4 t--0-20510品16Fg-90-1200 出電壓24Vh=820mm-1800古-3700 's3600 5500最3400 3600 3800 400 420044000轉速n/r. min'圖701# 泵揚程與轉速的關(guān)系水位7h/mm804300r/min后則負壓變化較快。若繼續大幅提高轉15 水位h對性能的影響速會(huì )使空化(也稱(chēng)汽蝕)余量NPSH(Net Positive性增大,小口徑水泵比大口徑泵出口靜壓略低,但Suction Head)減小,從而增大空化出現的可能。另其流量卻低得較多,約低7%左右。外,也會(huì )使功耗大幅上升,效率下降,故很高的轉圖6為01#泵在不同轉速時(shí)壓力與流量之關(guān).速是不可取的。系圖。由圖可看出,進(jìn)口靜壓只在4500r/min且為3揚程分析該轉速較大流量時(shí)其負壓才有顯著(zhù)變化，而在低于4500t/min時(shí)其負壓基本變化不大。水泵的揚程圖8是試驗用YJP-Q32水泵葉輪結構及進(jìn)、和出口靜壓在各轉速下基本呈平行、等距走勢,但出口速度示意圖。該泵葉片是由兩段圓弧r和r2.由4300r/min升高至4500r/min時(shí),其二者壓力幾構成的雙圓弧圓柱形葉片,其出口安放角Bun=31°乎相當，這有可能是隨著(zhù)轉速的上升其流動(dòng)損失<90*,屬后彎葉片。迅速增大所致。由此可見(jiàn),現有水泵如欲通過(guò)進(jìn)一Bu=31°=步提高轉速來(lái)提高其揚程已受到限制。3w=-23*6001=: 50 ，如124030蟊圖8葉輪結構與進(jìn)、出口速度示意圖20號裝車(chē)使用中，加熱器水泵是在額定電壓24V,轉速約為n=3600~3700r/min的單點(diǎn)工況下運行目-1000的。將試驗所得額定電壓下最大流量q。和最大流口-2000量下與之對應的揚程H&代人我國慣用的比轉速3000 !n,=3.65nq,1/2/H.3/4 式可得:YJP-Q32/2.2型水泵流量q:/m°.h"'n,=300~320,德國水泵約n,=330,均超出所定義的圖6不同轉速時(shí)壓力與流 的關(guān)系離心泵高比轉數的上限300,已進(jìn)人混流式水泵圖7是01#泵變轉速特性。該曲線(xiàn)是由不同范圍。但考慮到比轉速值尚屬混流泵n,=300 -500轉速下最大流量,及最大流量所對應壓力值繪制。的 下限,且實(shí)際水流仍為徑向經(jīng)蝸殼輸出，故以下可看出,流量隨轉速呈線(xiàn)性變化;進(jìn)口負壓在轉速仍以離心泵的相關(guān)理論予以分析。小于4200r/min時(shí)也基本呈線(xiàn)性變化，但當高于水泵的歐拉能號方智/甘本古州去出式為:中國煤化工- 20-TYHCNMH G .郭彬等:車(chē)用液體加熱器循環(huán)水泵性能的試驗分析2011年10月(Stodola),普夫列德?tīng)?C.Pfleiderer)和斯基克欽H=I (upxm-41)=- (21.)+gg“(Stechkin)公式。提出較早(1927年)且應用較多衣(uz3-u7)+ 2x (wn3-w2=2)的斯托道拉公式為:=Hs+Hs=Huo +Hs +Hgm(1)K=1- uysinBz(2)式中H一理想液體單位時(shí)間內通過(guò)無(wú)窮多葉式中z-葉片數,其它含 意同前所述。片葉輪后所獲得的能量(為理論揚程,與流體的種將試驗用水泵有關(guān)參數代人(2)式后,得K=類(lèi)和性質(zhì)無(wú)關(guān)),m;g--重 力加速度,m/s?;w、u、0.595。用該K值對式(1)修正,得試驗用水泵的理相對速度、牽連速度和絕對速度,m/s;論揚程H,=Kk=2.488 m。由此可見(jiàn),僅軸向渦流的Hao一動(dòng)揚程, 是液體流經(jīng)葉輪后的動(dòng)壓增量,影響，即使無(wú)限多葉片葉輪的理論揚程降低了m;Hs----勢揚程 ,是單位重量液體流經(jīng)葉輪后的40.5%。勢能增量,m;Hs-進(jìn) 、出口圓周(牽連)速度不從式(2)可看出,通過(guò)堿小Bus和增大z可提同所致的勢能增量,m;Hgo-葉 片流道截面增大高H,值。另外,減小B2u還有使揚程-流量曲線(xiàn)變致使液體相對速度下降而轉化為勢能的增量,m?；^陡的效果，這對應對運行中流道阻力的變化若動(dòng)揚程Ha大,則表明流體在葉輪出口處是有利的。的絕對速度U2a大,這意味著(zhù)高流速會(huì )使水力損失水泵的實(shí)際揚程Hp可應用柏努利方程，即:增大,泵效率降低,故從提高泵效率的角度,- -般并不希望Ha過(guò)大。所以對于葉片泵而言,通常?！?pg2g”-+(Zr Z)(3)望勢揚程Hsw大-一些。揚程中動(dòng)揚程與勢揚程二式中 Hr一 揚程， 是受單位重力作用的液體流者之比例與葉輪出口安放角Bas有關(guān)。轉速和流量經(jīng)泵后所增加的能量,m;Pr--水泵出口 表壓，相同時(shí)，其前彎葉片所獲揚程最大，后彎葉片最Pa;pr--水泵進(jìn)口 表壓, Pa;er-- -出口平均水流小。βuy>90°時(shí),可有最大的揚程值,但此時(shí)液體能速度,m/s;cr-進(jìn)口 平均水流速度,m/s;p-液量全部為動(dòng)能,其水力損失大,效率低;βx=90° ,可體密度,kg/m';g--重 力加速度,m/s?;Zz---出 口.動(dòng)、靜揚程各占一半;而B(niǎo)u<90時(shí),其靜.動(dòng)揚程壓力表表面中心至基準面(如水泵中心軸線(xiàn))的垂所占比重為靜揚程大,動(dòng)揚程小，水泵效率高。直距離,m;Z--進(jìn)口壓力表表面中心至基準面試驗用水泵Bu=31°。將YJP- -Q32/2.2型水泵.的垂直距離,m。有關(guān)參數代人(1)式后,得Hm= 4.181m。其中Hw=將試驗用YJP-Q32/2.2型01#水泵測量值代2.0883m;H=2.0895m;Hy=l.72x10~'m?；臼莿?dòng)人(3)式得Hs=1.851。比上述有限葉片泵理論揚程勢能與靜勢能分別占半。H,下降了25.6%?？梢?jiàn)水泵除相對渦流損失外還式(1)是在一元理論假設葉片無(wú)限多時(shí)推出存在其它損失。其它損失主要有葉輪與泵殼內壁的。對于實(shí)際葉片有限多的葉輪,由于流體慣性的粗糙度所產(chǎn)生的摩擦損失;因水泵出、進(jìn)口壓力差作用，會(huì )在每?jì)蓚€(gè)葉片之間的流道中產(chǎn)生相對渦產(chǎn)生泄漏而造成的容積損失;以及流動(dòng)中伴有的流。該渦流致使葉輪出口處的相對速度不再沿無(wú)水力摩擦損失、沖擊、脫流、速度大小和方向變化限多葉片時(shí)的切線(xiàn)方向，而是向葉輪旋轉相反的等所引起的水力損失等。表1為試驗水泵進(jìn)、出口方向滑移一個(gè)角度,從而使出口流動(dòng)角βr小于葉流速和不同壓力對比- -覽表。片安裝角B",其出口速度三角形發(fā)生改變,最終通常水泵的揚程與流量是根據使用要求來(lái)確導致有限葉片理論揚程H,小于無(wú)限葉片理論揚定的,而轉速則是針對所要求的揚程和流量，同時(shí)程Hm。故一般須用修正系數對基本方程進(jìn)行修考慮吸人性能后在設計(或選定)泵時(shí)應確定的。正。常用的修正系數有滑移系數σ和環(huán)流系數K。轉速確定后,可按比轉數式?jīng)Q定比轉數。比轉數n,確定修正系數的公式不少，我國也有文獻提出新是決定葉輪形狀、泵特性的重要指標4。如當水泵的修正式凹。但σ和K至今尚無(wú)精確的理論計算的轉速和流量一定時(shí)，比轉速n,越小，則揚程越式，目前多采用經(jīng)驗公式。國外常用的是威斯奈高。因此,根據能量方程式,必須增加葉輪外徑D,(Wiesner)公式用，而我國常用的有斯托道拉減小葉輪出 口寬度bn所以低比轉諫的葉輪直徑中國煤化工TYHCNMHG -21-2011年第10期農業(yè)裝備與車(chē)輛工程.表1水泵流速與壓力一覽表01_(m/s)V2(m/s)u(m/s)us(m/s)weo(m/s)w2-(n/s)H.(m)H(m)He(m)6.1988.910 .6.1998.9124.1812.488(↓40.5%) 1.851( ↓25.6%)比D/D。較大,而b/D2較小,其葉型變得窄而長(cháng)。隨略高些,約較國產(chǎn)泵高3.7%左右。以上與德國泵著(zhù)n,的增加,流量增大,揚程減小,亦即b2D2增的差距，初步認為應主要是德國水泵電機的性能大,D2Do減小，其葉型變的短而寬。當n,>300時(shí),此優(yōu)于國產(chǎn)泵,故國產(chǎn)電機還大有潛力可挖。時(shí)葉輪的出口邊就會(huì )變得傾斜而成為混流式泵問(wèn)。就水泵自身性能而言,國產(chǎn)泵與德國泵似無(wú)葉片包角中(見(jiàn)圖8)因會(huì )影響葉片的幾何形太大差異,二者有限葉片理論揚程H,均比無(wú)限葉狀改變流體在葉片出口處的滑移,而使流體液流片理論揚程Ha小很多,其實(shí)際揚程H#比有限葉角發(fā)生改變導致泵性能變化。葉片包角過(guò)大,會(huì )增片理論揚程H,亦均有較大差距,故在葉輪的改進(jìn)大葉片摩擦面積,不利于提高泵的水力效率;而過(guò)上還均有工作可做。小又會(huì )降低葉片對流體的控制能力和液流的穩定參考文獻性,也不利于提高泵的效率1間。故在葉輪外尺不變的情況下,存在最優(yōu)包角”。文獻[8]通過(guò)多元回[1] [美]gor J.Karassik.泵手冊(第三版)[M].陳允中,曹占友,鄧國強,譯.北京:中國石化出版社,2002:270.歸法得出葉輪出口寬度b2、出口安放角βu、葉片[2]何希杰,勞學(xué)蘇離心泵理論揚程修正系數的再研究[J].水泵技數Z、葉片包角φ和葉輪外徑D2等5個(gè)參數中,術(shù),1997(4);13-15,33.D2對揚程的影響程度最大, Z影響最小，依其影[3]李舂.水泵現代設計方法[M]. 上海:上?？茖W(xué)技術(shù) 出版社,2010:51,63.響的重要程度的大小排序為D>b>B2x>@>Z。[4] [日]乘裝置手冊編輯委員會(huì ).泵裝置手冊[M].張樹(shù)蔭, 于富祿，4結束語(yǔ)譯:北京:機械工業(yè)出版社, 1992:1.通過(guò)對國產(chǎn)車(chē)用加熱器，及德國同類(lèi)車(chē)用加[5]安連鎖,呂玉坤.泵與風(fēng)機M].北京:中國電力出版社, 2008.[6]張翔,王洋,徐小敏,等葉片包角對離心泵性能的影響J.農業(yè)熱器循環(huán)水泵的對比分析，認為德國水泵較國產(chǎn)機械學(xué)報,2010.41(11):34- 42.水泵的功耗小，在其額定電壓(24V)最大工況點(diǎn),[7] 楊華,劉超,湯方平,等.不同葉片包角的離心泵試驗與教值模德國泵比國產(chǎn)泵之功率低20%以上;而因在同樣掀J].機械工程學(xué)報,2007 ,43( 10): 166-169.額定電壓時(shí)其德國泵的轉速略高些，故其流量亦[8} 何希杰,勞學(xué)蘇離心乘諸參敷對揚程影響程度的研究[].水泵技術(shù),2000(4):7-8,21.歡迎訂閱2012年度《農業(yè)裝備技術(shù)》雜志歡迎訂閱歡迎投稿歡迎刊登廣告《農業(yè)裝備技術(shù)》雜志由江蘇大學(xué)農業(yè)裝備工程研究促進(jìn)農業(yè)裝備技術(shù)水平的提高。院主辦,是經(jīng)國家科技部、國家新聞出版總署批準公開(kāi)發(fā)《農業(yè)裝備技術(shù)>主要欄目:裝備工程、現代農業(yè)、設行的科技期刊,列入CNKI中國知識基礎設施工程,為中計與工藝、農業(yè)開(kāi)發(fā)、機手之友、熱點(diǎn)問(wèn)題、適用技術(shù)、四國學(xué)術(shù)期刊綜合評價(jià)數據庫統計源期刊、中國核心期刊新集萃、展望預測、信息窗等。(遴選)數據庫全文收錄期刊、中國期刊全文數據庫全文收《農業(yè)裝備技術(shù)》雜志為雙月刊,大16開(kāi)64頁(yè),每錄期刊、中國學(xué)術(shù)期刊綜合評價(jià)數據庫全文收錄期刊。期定價(jià)8.00元,全年48元。由本雜志社發(fā)行部自辦發(fā)行,《農業(yè)裝備技術(shù)》雜志面向新世紀農業(yè)現代化發(fā)展訂款可通過(guò)郵局或銀行直接匯款到《農業(yè)裝備技術(shù)》雜志的要求,宣傳黨和國家有關(guān)方針政策,為提高我國現代化社訂閱。農業(yè)裝備水平，促進(jìn)農業(yè)工程技術(shù)與生物技術(shù)的協(xié)調發(fā)地址:江蘇省鎮江市學(xué)府路71號展及其各相關(guān)因素的優(yōu)化結合,加強農業(yè)的物質(zhì)技術(shù)基郵編:212003電話(huà):0511-84403490礎,開(kāi)展現代農業(yè)裝備及相關(guān)技術(shù)的研究與交流,介紹推開(kāi)戶(hù)銀行:江蘇省鎮江市農行城南分理處廣先進(jìn)實(shí)用的科技措施和生產(chǎn)技術(shù)，交流國內外先進(jìn)技帳號:319001040007506術(shù)、先進(jìn)裝備科研新成果及發(fā)展動(dòng)態(tài),促進(jìn)農機企業(yè)及E- 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