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间隙对低比转速多级离心泵空化性能影响研究

蒋新禹  
【摘要】:低比转速多级离心泵是一种应用广泛需求较大的流体机械,它在工业生产以及生活方面发挥着巨大的作用,但这种泵的效率普遍较低且能耗严重。伴随广大用户使用要求的进一步提高,提高该类泵的性能则显得尤为重要。而空化性能对于多级泵来说也是关乎其稳定运行的主要因素之一,且多级泵的汽蚀现象会造成水力性能的降低,过流部件的腐蚀以及振动噪声的产生等多种危害。研究表明在泵的进口处易出现回流漩涡和空化空蚀,这严重影响多级泵的正常运行,且低比转速多级离心泵间隙较多,流动复杂。到目前为止并未有太多针对多级泵间隙对其空化性能影响的研究,本文研究了低比转速多级离心泵有无间隙下的空化性能,并对口环间隙大小与其空化性能之间的关系展开研究,这对了解间隙对低比转速多级泵离心泵空化性能的影响具有重要意义。为了探究间隙对低比转速多级离心泵空化流动现象以及对空化性能的影响,本文在给定设计参数的前提下,对节段式多级泵各过流部件进行设计,并通过数值模拟进行性能预测以及试验验证其可靠性。然后对其空化性能进行分析,再结合实际情况增加间隙并与原模型对比分析空化特性。重点分析不同空化系数下间隙大小对多级泵空化性能的影响。主要研究内容和结论如下:1)结合给定参数确定多级泵的结构,设计叶轮、导叶以及吸水室,再建模装配,划分网格并进行数值模拟。结果表明:隔舌区域流动状态不佳,但损失较小;首级和次级叶轮在静压上的分布规律相似。由于尺寸规格和叶片组合的差异,首级导叶和次级导叶的静压分布存在一定差异。2)搭建水泵开式试验台展开试验,并比对数值模拟与试验的数据。结果表明:模拟值普遍高于试验值,且效率、扬程以及功率的误差都在允许范围之内,这就说明数值模拟是可靠的。3)对低比转速多级离心泵进行空化特性分析。结果表明:随着空化系数的减小,静压从进口到出口不断扩散降低,叶轮流道内的空泡不断增加,叶轮出口和导叶进口处的速度降低,叶片做功能力变差,压力值减小并且压力分布和空化初生时基本相一致;随着空化继续发展,空化发生的区域面积越来越大,且湍流脉动更剧烈,损失也更大;低于饱和压力3574Pa的区域最先出现在叶片进口的背面,这与上文分析相吻合。4)分别从外特性、空化性能曲线、空泡分布以及进口压力进行分析。发现间隙的存在对多级泵的扬程和效率均不利,随着空化系数降低,扬程系数先稳定不变,再降低;在空化初期以及空化发展期,无间隙较有间隙模型空化性能更差;空化发展严重时,无间隙下的空化性能则变优;空化系数较大时,进口处的压力高,且空化性能较无间隙更好,随着空化系数降低,两者压力差距缩小。空化严重恶化时,漩涡的出现而致使进口处局部压力过低流速过快,进口压力更低,从而空化性能也更差;随着空化系数的降低,观察不同大小间隙下的空泡分布情况,在空化初期以及发展时期,口环间隙的存在对该泵首级叶轮空化性能有利;但空化严重恶化时,则不利于空化性能。口环间隙越大,也相对越有利于空化性能,但不利于水力性能。


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