離心泵動靜干涉作用大渦模擬和壓力脈動試驗研究.pdf

1、本文在國家杰出青年基金項目“離心泵基礎理論和節(jié)能關鍵技術研究”(編號:50825902)、國家自然科學基金“離心泵內部非定常流動誘導振動和噪聲機理"(編號:50979034)和江蘇省科技計劃項目“離心泵葉輪進出口回流的生成機理及流動規(guī)律”(編號:BK2009218)的資助下開展工作。隨著人們對離心泵運行穩(wěn)定性和振動問題的日益重視,對其內部流動的研究顯得十分必要。離心泵葉輪與隔舌的動靜干涉是造成離心泵流動誘導振動的重要因為,葉輪與隔舌間隙

2、的變化對離心泵壓力脈動和徑向力特性的影響很大。本文通過改變蝸殼基圓直徑改變葉輪與隔舌之間的間隙,研究了離心泵葉輪與隔舌動靜干涉作用。通過改變隔舌型式,采用數(shù)值模擬及試驗的方法,尋找不同隔舌型式對離心泵性能及壓力脈動的影響規(guī)律。主要研究內容及創(chuàng)新點有:
　　 1.總結了離心泵動靜干涉作用的國內外研究進展和三個主要影響因素,并通過對離心泵壓力脈動、徑向力和軸向力機理的分析,得出可以將離心泵壓力脈動、徑向力和軸向力特性作為表征動靜干涉

3、作用的物理量。
　　 2.采用CFX軟件對離心泵內部流動進行了三維定常數(shù)值模擬,分析了不同基圓直徑和不同隔舌型式離心泵性能特性和作用在葉輪和蝸殼上徑向力特性,得出:采用不同基圓直徑及不同隔舌型式時,作用在葉輪上的徑向力不同；隨著基圓直徑的增大,作用在葉輪上的徑向力減小,且適當增大蝸殼基圓直徑可提高水泵的揚程和效率；采用短舌比長舌作用在葉輪上的徑向力小,且高效區(qū)增寬。
　　 3.在定常計算的基礎上,對不同基圓直徑及不同隔舌

4、型式離心泵進行三維非定常數(shù)值計算,揭示了作用在葉輪上的扭矩特性、葉輪和蝸殼上的徑向力特性和離心泵的壓力脈動特性。主要結論有:
　　 (1)首次采用大渦模擬監(jiān)測到葉輪旋轉一個周期內,作用在葉輪上的徑向力呈明顯的六角星型分布,作用在蝸殼上的徑向力基本呈橢圓型分布,并討論了徑向力分布的象限位置。
　　 (2)不同工況下葉輪旋轉一個周期內,作用在葉輪上的扭矩、徑向力和蝸殼壁面處壓力脈動均呈規(guī)律性的周期波動,徑向力和壓力的脈動頻率

5、均以葉頻及其諧頻為主。
　　 (3)討論了蝸殼壁面沿流動方向壓力的分布規(guī)律,隨著偏離葉輪出口的距離越來越遠,脈動的幅值有減小趨勢,但并不是沿流動方向一直減?。浑x隔舌位置最近的測點,受動靜干涉作用影響最強,脈動幅值最大。
　　 (4)分析了不同基圓直徑和不同隔舌型式蝸殼離心泵的動靜干涉作用,發(fā)現(xiàn)隨著徑向間隙的增加,作用在葉輪上的徑向力和離心泵壓力脈動葉頻及其諧頻脈動幅值減小。說明適當增大葉輪與隔舌的徑向間隙可以改善作用在葉

6、輪上徑向力和離心泵壓力脈動,從而改善離心泵動靜干涉作用。
　　 4.搭建了離心泵蝸殼壁面壓力脈動測試裝置,討論了離心泵蝸殼壁面壓力脈動試驗裝置和試驗需解決的關鍵問題,通過采用長隔舌、中隔舌和短隔舌這三種隔舌實驗分析了不同隔舌型式對離心泵壓力脈動的影響,通過變頻調節(jié)運行獲得不同轉速下離心泵的壓力脈動特性。主要結論有:
　　 (1)離心泵采用中舌和短舌后,其高效區(qū)增寬,揚程曲線變得更平坦。
　　 (2)離心泵壓力脈動