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带可调式前置导叶轴流泵的空化性能研究

潘静也  
【摘要】:空化是水力机械运行过程中的常见现象,往往会带来机组性能下降、空蚀破坏等问题,引发振动和噪声。如何改善水力机械的空化性能一直是研究人员关注的重点。作为一种广泛使用的水力机械,轴流泵中的空化现象同样很受重视。本文探索以一种可调式前置导叶装置改善轴流泵空化性能,通过试验和数值模拟的方法,研究轴流泵非设计工况下的空化性能,分析前置导叶对空化性能的影响。主要研究内容和成果如下:(1)对带可调式前置导叶轴流泵进行空化性能试验,获得非设计工况下,无前置导叶以及前置导叶安放角度分别为-10°、0°、10°时的空化性能曲线,分析轴流泵进出口压力脉动时域和频域变化规律。试验结果表明:前置导叶负角度调节时,扬程增大,空化性能减弱;前置导叶正角度调节时,扬程减小,空化性能增强。通过压力脉动时域分析,发现空化初生时,前置导叶增大了压力脉动幅值,空化较为严重时,前置导叶具有降低压力脉动幅值的作用。通过压力脉动频域分析,发现空化初生时,压力脉动峰值主要出现在叶频及其谐频处,随着空化的发展,进口压力脉动集中在低频区域,出口压力脉动呈现宽频特性。(2)对带可调式前置导叶轴流泵进行空化流动的数值模拟研究,分析无前置导叶及前置导叶不同安放角度下轴流泵空化性能,揭示前置导叶对空化性能的影响机理。研究结果表明:前置导叶0°时轴流泵扬程和效率均低于无前置导叶工况;前置导叶由负角度向正角度调节,扬程下降、空化性能得到改善。通过分析叶轮区域的压力场和空泡分布情况,发现相比于扬程下降3%,效率下降1%更适合作为临界汽蚀余量的判断依据。同时通过对比空化发展不同阶段时叶轮内空泡率与空化区域分布的关系,发现采用叶轮区域空泡率同样可以作为轴流泵临界汽蚀余量的判断指标。


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