分流葉片對螺旋離心泵性能影響的研究.pdf

1、本文在國家自然科學基金資助項目“帶分流葉片離心泵流固耦合誘導振動特性研究”(編號:51009072)、江蘇省自然科學基金“基于流固耦合的低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵非穩(wěn)定流動特性研究"(編號:BK2010347)、江蘇省高校自然科學研究項目“帶分流葉片離心泵非定常流動特性及無過載優(yōu)化模型研究”(編號:09KJB570001)的資助下開展工作。
　　 單葉片螺旋離心泵葉輪形狀不對稱、質(zhì)量分布不均勻,與普通的單流道泵一樣,葉輪會產(chǎn)生較大的徑向力,

2、而徑向力過大使泵軸受到交變應(yīng)力的作用,造成螺旋離心泵的振動,并直接影響其工作的穩(wěn)定性,所以對該類型泵的徑向力分析是很有必要的。本文在借鑒普通離心泵分流葉片設(shè)計方法的基礎(chǔ)上首次設(shè)計了15種帶分流葉片螺旋離心泵葉輪,并選出葉輪質(zhì)心距軸線最近的設(shè)計方案,進行數(shù)值分析,對比單葉片與帶分流葉片的螺旋離心泵作用在各自葉輪和蝸殼上的徑向力,并發(fā)現(xiàn)其分布情況,同時在流固耦合的基礎(chǔ)上對兩個模型的靜應(yīng)力和模態(tài)進行分析。主要的研究內(nèi)容及創(chuàng)新點如下:
　

3、　 (1)基于Navier-Stokes方程和標準к-ε湍流模型,利用CFX軟件對四種間隙多種工況下單葉片螺旋離心泵內(nèi)部流動進行了定常數(shù)值模擬,結(jié)果表明:泵的螺旋段與吸入室之間間隙對揚程影響顯著,揚程有隨著間隙變大而減小的趨勢,間隙以小于1mm為宜,該間隙對作用在葉輪和蝸殼上的徑向力大小和方向的影響并不顯著。四種間隙下該螺旋泵的最小徑向力均出現(xiàn)在0.75Qd附近。與Stepanoff針對普通離心泵的預測相比,各個工況下該螺旋泵的徑向力

4、均較大。
　　 (2)設(shè)計了三種偏置度、五種包角下的15種帶分流葉片的螺旋離心泵葉輪,應(yīng)用數(shù)值模擬方法對各個葉輪模型的效率、揚程、作用在葉輪上的徑向力等因素進行對比分析。結(jié)果表明:分流葉片的添加會在設(shè)計流量和小流量下降低泵的效率,在大流量下提高泵的效率,最佳工況點有向大流量偏移的趨勢。在設(shè)計流量下,分流葉片的添加會使內(nèi)部壓力分布更加均勻,壓力變化梯度相對減小。添加分流葉片葉輪的徑向力在各個工況都比原葉輪的徑向力的有明顯減小,在相

5、同流量下,葉片質(zhì)心離軸線越近,徑向力越小；葉輪最小徑向力均出現(xiàn)在大流量工況下。單葉片螺旋離心泵葉輪分流葉片的設(shè)計,其出口與原有葉片的出口成180度對稱布置為宜,質(zhì)心愈接近軸線愈好。
　　 (3)對上述優(yōu)秀帶分流葉片的螺旋離心泵模型,連同原有的單葉片螺旋離心泵模型,采用RNGк-ε湍流模型進行三維非定常數(shù)值模擬,對比單葉片和帶分流葉片的螺旋離心泵葉輪和蝸殼上的徑向力,結(jié)果表明:各個工況下,單葉片和帶分流葉片葉輪上的徑向力呈明顯的周

6、期性變化。帶分流葉片葉輪上的徑向力大幅降低,作用在葉輪上的徑向力的變化趨勢關(guān)于坐標軸更為對稱,且基本呈橢圓形分布。不同工況下,雖然帶分流葉片的螺旋離心泵作用在蝸殼上徑向力比單葉片螺旋離心泵作用在蝸殼上徑向力有小幅提升,但作用在蝸殼上的徑向力波動幅值有大幅下降,且高頻脈動有所減少。
　　 (4)基于流固耦合理論應(yīng)用ANSYS Workbench軟件,分別對單葉片螺旋離心泵葉輪和帶分流葉片葉輪在設(shè)計工況下的應(yīng)力、形變和空氣中的模態(tài)進