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大型矿用水泵轴向力平衡技术的研究

李明  
【摘要】:随着我国矿用潜水排沙泵向高扬程、大功率、大排量的方向发展,其轴向力对泵的性能影响也越来越显著。经研究发现:叶轮对称布置形式相互抵消轴向力的方式,在大型潜水泵的设计中应用最为广泛。通过深入研究发现引起大型矿用泵轴向力的主要因素是级问泄漏。传统轴向力计算方法是在简化模型、忽略泄漏基础上推导获得的。因此传统轴向力计算方法并不能准确地计算出叶轮对称布置结构方式轴向力,尽管残余轴向力主要由泄漏导致的,但因泄漏对泵后腔中的流场影响,对叶轮后盖板静压分布的影响很难确定的。在当今现代软件升级和流体力学理论成熟发展的条件下,CFD技术已广泛应用于离心泵的性能预测和内部流场分析中。它能科学地模拟出间隙的泄漏量和泄漏对前、后盖板腔内压力分布的影响状况。本课题以BQS200-375_450型矿用潜水泵为研究对象,在清水介质的条件下,对该泵轴向力进行计算与模拟,验证其核心部件的承载能力;为探讨叶轮密封处、导叶间隙及级间泄漏对叶轮前后盖板腔内压力分布的影响,推导出理论泄漏量,通过单级水体的建模与仿真分析,得出前后盖板腔内液体流动及对叶轮前后盖板的压力规律。所做的主要工作如下:1.基于经典流体力学理论和仿真工具软件,建立相应的数学模型,得出叶轮密封环处间隙泄漏对后盖板腔基本无影响,对前盖板腔中压力分布影响不大,值得注意的是:随着间隙尺寸增大,将会引起泄漏量的增大,对前盖板腔内的压力分布有影响,其表现为靠近叶轮入口处的流场和流线分布;2.通过对所建模型的定性与定量分析,结合应用实例验证发现:导叶处间隙处泄漏主要影响到叶轮后盖板腔内的压力分布,但随着间隙尺寸增大,将会引起泄漏量的增大,该泄漏量向叶轮入口延伸,在叶轮轮毂处最为明显;3.经试验与分析结果表明:导流段间隙泄漏对于导叶与中段之间的腔体内的压力影响较大,因泄漏的液体具有较高的压力,且随着间隙增大,腔体内高压液体沿径向向外延伸越明显。针对这些结论提出了在恒定导流间隙下的改进技术措施。


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