半開式葉輪高速離心泵內(nèi)部流動規(guī)律的研究.pdf

1、在石油化工、航空航天等領(lǐng)域，半開式離心泵由于結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、無堵塞性好等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用。為避免葉輪在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中與泵殼發(fā)生碰撞或摩擦，需要在葉輪前端軸向位置設(shè)置一定的軸向間隙。國內(nèi)外針對半開式葉輪軸向間隙對泵性能的影響已有一些研究成果，但關(guān)于半開式離心泵葉輪軸向間隙如何取值，最佳軸向間隙如何確定以及軸向間隙內(nèi)流體的流動規(guī)律等問題的研究還鮮見報道。因此本文以國內(nèi)某廠提供的一臺單級單吸航空燃油離心泵為研究對象，采用數(shù)值模擬的方法研究了半

2、開式離心泵軸向間隙對泵內(nèi)部流動的影響。本文的主要工作和研究結(jié)果如下：
　　1.對半開式葉輪軸向間隙取值，依據(jù)公式??1/5=0.37 Rex x????可計算得到葉輪出口處邊界層厚度為0.3mm，隨后在邊界層厚度周圍取得軸向間隙值分別為0.25mm、0.3mm、0.35mm、0.4mm、0.45mm進(jìn)行研究，通過對五種不同間隙值的半開式離心泵進(jìn)行數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)：軸向間隙為0.3mm時，此臺泵在設(shè)計工況附近效率最高。間隙為0.25mm

3、時，泵的揚(yáng)程較高，但效率略低于0.3mm間隙時，當(dāng)間隙值大于0.3mm時，隨著間隙的增大，泵的揚(yáng)程和效率均降低。為了驗證數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性，將原廠出廠試驗（該廠產(chǎn)品軸向間隙值為0.35mm）的外特性與間隙值為0.35mm的半開式葉輪離心泵的數(shù)值模擬結(jié)果做對比，發(fā)現(xiàn)揚(yáng)程誤差不超過3％，效率誤差不超過4.3%，說明本文采用的數(shù)值模擬方法是可行的。
　　2.為了研究半開式葉輪軸向間隙的泄漏量，對0.25mm、0.3mm、0.35mm、0.

4、4mm、0.45mm五種不同軸向間隙的流場進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：間隙內(nèi)的流體既有圓周速度，也有徑向速度。其圓周速度在0.8-0.95倍的葉輪圓周速度之間變化，間隙值越小，圓周速度越大，隨著間隙值的增大，流體的圓周速度逐漸減小。其徑向速度為負(fù)值，表明間隙層內(nèi)的流體流動方向與葉輪內(nèi)流體的流動方向相反，即存在間隙泄漏。通過對徑向速度做平均值，乘以間隙進(jìn)口面積，求出不同間隙的泄漏量，通過分析發(fā)現(xiàn)：隨著軸向間隙值增大，間隙泄漏量逐漸增大。
　　3.

5、通過對不同軸向間隙半開式葉輪內(nèi)的流場分析發(fā)現(xiàn)：在相同軸向間隙下，相同半徑處，葉輪葉片靠近間隙一側(cè)的壓力低于靠近后蓋板側(cè)的壓力；在軸向間隙為0.25mm時，半開式葉輪葉片背面靠近入口位置存在低壓區(qū)，隨著軸向間隙值的增大，該位置的低壓區(qū)域逐漸減少，由此可見軸向間隙的增大在一定程度上能夠改善半開式葉輪的空化性能。
　　4.為了研究半開式葉輪和閉式葉輪在同樣的葉輪參數(shù)下性能的差異，對本文所研究的半開式葉輪加了2mm厚的前蓋板，對這樣形成的

6、閉式離心泵進(jìn)行數(shù)值模擬。通過對閉式葉輪和0.3mm軸向間隙的半開式葉輪數(shù)值模擬結(jié)果的分析發(fā)現(xiàn)：相同流量下，閉式葉輪揚(yáng)程普遍比半開式葉輪要高1.5m-2m，在設(shè)計工況下高出1.7m，設(shè)計工況下半開式葉輪和閉式葉輪的揚(yáng)程比為0.876，在總流量范圍內(nèi)是揚(yáng)程比在0.82-0.88之間變化。該結(jié)論是否具有普遍意義還有待研究。
　　5.利用非定常數(shù)值模擬方法研究了葉片前緣壓力脈動特性，通過對葉片頂端壓力脈動的分析可以看出：在一個葉輪轉(zhuǎn)動周期