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HGK型离心泵汽蚀原因分析及解决方案研究

吕斌  
【摘要】: HGK60-10型离心泵是单级悬臂式离心泵,水力实验后发现实验结果同额定参数有较大偏差,而且运行时伴随较严重的振动和噪声,该泵额定扬程为30米,但测量值仅为26米,由振动、噪声以及扬程下降的特征可以初步断定该泵性能差的主要原因是由于汽蚀造成。汽蚀的产生原因较多,其中一个主要原因就是由于叶片内部复杂的湍流引起的,近年来,随着计算流体力学(CFD)的发展,从研究离心泵流体流动机理出发,采用数值仿真方法研究离心泵内部流动,利用数值仿真结果来指导泵的设计已经成为可能。本文应用商业CFD软件FLUENT研究该离心泵的内部流动以改进其性能,主要作了以下几方面工作: 综述了计算流体力学的概念、研究内容和优势,详细介绍了计算流体力学的基本理论和方法以及所用的几何三维建模方法; 利用有关理论着重研究了该离心泵叶轮流道形状对汽蚀性能的影响,利用流场数值分析的方法,分析了原有泵叶轮的内部流动,得到了大量的三维湍流场的分析结果,包括静压分布图、总压分布图、速度矢量分布图等。通过对叶轮入口处的流场分析,证实了该泵性能下降是由汽蚀造成的推测; 基于速度系数法建立了叶轮优化的数学模型,通过得到的流场数据和该数学模型对原叶轮进行了优化设计,优化结果对叶片的入口角和叶片的入口直径等参数进行了改进,优化后的叶轮达到了提高泵的汽蚀性能和效率的目的。 研究结果说明,通过对叶轮流场的数值仿真研究,可以分析出流体在离心泵内的流速和压力分布,揭示离心泵内部流动特征,对探讨影响离心泵效率及产生汽蚀的原因,以及为改进离心泵的叶型设计,提高离心泵的效率,扩大其运行工况范围,提供理论依据。通过优化模型的建立,改进叶轮的设计参数,可以实现提高泵效率和汽蚀性能的目的。


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