摘要：从水泵车削调节的概念和原理入手，根据车削调节的具体规定，列表计算出国产水泵不同比转速的实际车削系数，并点画出分布特点，与国外文献、国产低比转速水泵推荐车削系数进行比较，得出国产水泵实际车削量过大、影响实际生产的结论，结合生产实践经验提出了三点建议。

　　关键词：比转速 车削系数 车削量

　　1 问题的提出

　　水泵在使用过程中常常会遇到所需要的工作点 A(Q A， H A ) 位于水泵原有 Q － H 曲线的下面。此种情况出现时，应首先依据水泵比例律对水泵工况进行调节，降低水泵的转速，即：Q1/Q2 ＝n1/n2 ，H1/H2 ＝ (n1/n2 ) 2 ， N1/N2＝ (n1/n2) 3 ，因电机每分钟的转速 n 与电源频率 f 成正比、与电机的磁极对数 p 成反比，即： n =(60×f)/p , 故在利用比例律时常会受到电机转速调节的制约；另外，低转速电机造价较高，而功率因数和效率又相对较低。为解决上述矛盾，生产中常把离心泵叶轮车小，以扩大其使用范围。

　　2 车削调节的原理

　　水泵生产厂家不可能针对每一个生产单位进行设计、生产，而是将原叶轮进行车削调节扩大水泵使用范围，以满足具体用户的需要，所用公式如下：

　　Q1/Q2＝n1/n2 　　H1/H2=(n1/n2 ) 2 　　N1/N2＝ (D1/D2 )3 　　　　　　(1)

　　据有关资料，车削换算公式是用相似理论导出的，但车削前后的叶轮实际上并不相似，因此，运用车削公式会引起误差，为了修正误差，一般按以下公式确定实际车削量 △ D 实 ：

　　　　△D 实 ＝ K ·△ D 计 　　　　　　(2)

　　式 (2) 中： △ D 计 ——按 (1)式计算出来的车削量；

　　K ——用实验求得的车削系数。

　　3 车削调节的具体规定

　　3.1 叶轮的车削限度

　　水泵车削限度与叶轮比转数有着密切关系：叶轮车削量随其比转数增加而递减，当比转数 n s ＞ 350 时，因对效率影响过大，一般不允许再车削，详见表 1 。

　　表 1 ： 水泵叶轮车削限度与车削后的效率下降值

　　3.2 　叶轮车削量与效率的关系

　　我们知道离心泵的效率是泵的有效功率 Ne 和轴功率 Nz 的比值。由于泵内的各种损失，泵的有效功率总是小于轴功率，故泵的效率总是小于 1 的。有效功率小于轴功率的那一部分是在泵内损失掉了，只有尽可能地减少泵内的各种损失，才能提高效率。

　　离心泵中的损失可分为：机械损失，容积损失和水力损失三部分。

　　叶轮车削后，对容积损失，水力损失影响较小，对机械损失影响较大，而机械损失又由两部分组成，即： ① 轴承和轴封磨擦损失； 因车削调节不涉及水泵转速，故上述损失可视为常量。②圆盘摩擦损失；离心泵叶轮在充满液体的泵壳内旋转时，叶轮外表面与液体有摩擦损失，因最初测定这部分损失时常使用圆盘进行试验，故常把这种损失称为圆盘摩擦损失。圆盘摩擦损失比较大，在机械损失中占主要成份，尤其是对中、低比转数的离心泵，圆盘摩擦损失更加重要。由图 1可以看出，对高比转数的离心泵，圆盘摩擦损失所占的比重较小；而在低比转数时，圆盘摩擦损失急剧增加。当比转数n s =30时，圆盘摩擦损失增加到接近于有效功率的30%。

　　影响圆盘摩擦损失功率大小的因素比较多。对于一般整体铸造的叶轮，推荐用下式近似地计算圆盘摩擦损失Δ Ndf(kw)

　　Δ Ndf＝（0.88/21.6) ×10 -10 rn 3 D 2 5 ③

　　式中，Δ Ndf——圆盘摩擦损失；

　　r——水容量；

　　n——水泵转速；

　　D 2 ——叶轮直径；

　　由式③可以看出，圆盘摩擦损失与叶轮直径 D 2 的 5次方成正比，故而叶轮的车削量对圆盘摩擦损失的影响特别敏感。

　　实践表明，当 n s <200的泵按表1车削叶轮外径时，泵的效率基本上是不变的，或降低很少。例如，对比转数n s ＝ 60～120的泵，叶泵外径小到0.9 D 2 范围内，泵的效率几乎不变，试验的性能曲线与计算值也基本相同。但当车削叶轮直径至 0.9 D 2 ～ 0.8 D 2 时，泵的效率下降 1%左右，试验的性能曲线也较计算值低。对n s <60的泵，少量车削叶轮直径甚至能使泵效率略有提高。应该注意的是，表1中所给定的数据，是允许车削叶轮直径的最大值，非最佳值。当车削量接近这些值时，泵的效率将会有明显降低，试验的性能曲线与计算值差距也比较大。因而，或用户或厂家在应用车削方式进行水泵性能调节时，特别要谨慎。厂家不能因要满足部分用户对流量（Q）扬程（H）的要求，而不顾水泵效率（n 泵 ）的降低一味强行切割，此点亦应引起用户订货时高度重视，立足双赢。

　　3.3 车削系数与比转数的关系

　　因为车削系数 K 是用实验方法所得，厂家之间可能存在误差。根据国外文献 ( 见图 2) ：水泵的车削系数 K 其值小于 1 ，当比转数 n s 为 40~70 时， K 值约为 0.8~0.9 ；随着比转数 n s 的增加，其 K 值愈来愈小， 当 n s 变为 350 时， K 值近似为零。

　　4 国产水泵的车削情况

　　4.1 车削系数求解

　　国内水泵生产厂家一般不给出叶轮车削量修正系数 K 与比转数 n s 的关系曲线，笔者根据生产厂家的随机文件，推算出一些有代表性的厂家的车削系数值。以 14SA-10 型水泵为例计算生产厂家的车削系数：

　　表 2 ：

　　据厂家参数可知不同型号泵的实际车削量△ D 实 (见表2)，先求解14SA-10A泵的车削系数：

　　根据　H1/H2 =(D1/D2 ) 2

　　可得：68/58 ＝ (466/D2 ) 2

　　D 2 ＝ 430.37

　　△ D 计 ＝ 466-430.37 ＝35.63

　　根据：△ D 实 ＝ K·△D 计

　　可得： K＝△D实／△D计＝26/35.62 ＝0.73

　　同理可求得 14SA-10B泵的车削系数K＝ 0.55 。

　　其余各型水泵计算过程从略，计算结果见表 3。

　　4.2叶轮车削系数的特点

　　我们可以根据图 2模式，将计算出来的K值逐一点出(见图3)，与图2相比较，最明显的特点是，国产水泵的车削系数与水泵的比转数几乎无多大关系，随意性较大。

　　4.3使用情况调查

　　根据调查结果，临猗县回龙电灌站四级站曾使用的 20sh-13A型水泵与夹马口泵站堡里二级站曾使用的10sh-13A型水泵，均达不到设计要求，出水量明显偏小。经厂家现场实地测量后，认为达不到设计要求的主要原因是车削系数过大，后经厂方更换大叶轮后，上述矛盾均得以解决。

　　5 问题所在

　　根据有关文献推荐，国产低比转数水泵车削系数可采用下式计算：

　　K＝（0.8145～1.2013）-0.1543×(ns/100) 　　　　　　(4)

　　与图 1比较总的趋势有其相似之处，即车削系数K值是随水泵比转数增加而减小。为了作定量比较，我们可以令n s 分别为 60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、220计算出K值，与国外文献、厂家实际参数进行比较，为了便于比较皆取K的最小值（厂家为实际车削比值），由表4可知，K 2 、 K 3 值比较接近， K 1 明显偏大。

　　表 4 ：

　　生产中，当水泵叶轮需要车削时应慎之又慎，全面权衡利弊而后确定实际车削量。车削量宜小不宜大，因水泵叶轮直径随使用时间延长而变小（因磨蚀）；另外，理论和实践皆说明，在叶轮直径允许减少的范围内，泵效率下降很小，但流量与扬程变化却很大。

　　6 几点启示

　　6.1水泵配套功率为水泵轴功率与配套系数的乘积，配套时其值是结合定型电机来确定，一般情况，因电机为通用机械非水泵专用，故电机功率应等于或略大于计算出来的配套功率，可将此部分功率余量，用来减少叶轮的车削量。仍以14SA-10A型水泵为例：

　　据 N!/N2＝ (D!/D2 ) 3

　　将已知参数代入得： 280/260＝ (466/D2 ) 3

　　解得： D 2 =454.63(mm)

　　此时的车削量变为 466-454 ＝ 12 （ mm ）

　　车削系数 K 值为：12/35.63 ＝ 0.337

　　利用水泵配套余量后，叶轮车削系数大为降低。若用于清水泵站，或适当增加车削量、或增大水泵出水量，或提高水泵扬程，皆留有余地；若用于多泥沙水源泵站，由于泥沙磨损类同于“车削”，故可采用低系数“ k ”，以延长叶轮使用寿命、节约生产开支。

　　6.2 对厂家的产品说明书，应进行认真核实。由表 3 可知， 10sh-13A 和 20sh-13A 两种水泵的车削系数 K 值皆大于 1 ，从理论上讲水泵的出水量都不可能满足生产需求。

　　6.3 正确对待文献中推荐的车削系数 K 值计算式 (3) ：

　　令 K ＝ 1 ，反求得比转数 n s ＝ ( － 120.4545 ～ 130.71)

　　由此可以看出，当比转数 n s 小于 130.71 时就会出现车削系数 K 大于 1 的情况， 10sh-13A 与 20sh － 13A 水泵足以说明式 (3) 应用的局限性。