離心泵關死點性能的研究.pdf

1、隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，現(xiàn)代很多離心泵的設計都對關死點性能提出了越來越明確的要求，比如核電用泵、艦船用泵和可再生能源泵等。由于傳統(tǒng)離心泵設計對于關死點性能一般不予考慮，導致目前有關離心泵關死點性能的研究相當缺乏。因此，迫切需要開展離心泵關死點性能的研究以豐富和發(fā)展現(xiàn)代離心泵設計理論和方法。本文在國家自然科學基金(51079062、51109095)的資助下，采用理論分析、數(shù)值計算與試驗測試相結(jié)合的方法對離心泵關死點的特性進行了較為系統(tǒng)的

2、研究，主要工作和創(chuàng)造性成果有:
　　 1.較為系統(tǒng)地總結(jié)了離心泵關死點性能、內(nèi)流模擬、PIV測試、流固耦合計算、流動誘導振動以及性能預測的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢。
　　 2.首次試驗研究了離心泵葉輪葉片出口角、葉片出口寬度、葉片數(shù)、葉片包角和葉片進口沖角等葉輪主要幾何參數(shù)對離心泵關死點揚程和關死點功率的影響規(guī)律，并根據(jù)各參數(shù)引起的關死點揚程及關死點功率的變化范圍對各參數(shù)的影響大小進行了排序。各參數(shù)對關死點揚程影響從大到小的

3、順序依次為:葉片包角、葉片出口寬度、葉片數(shù)、葉片進口沖角和葉片出口角。各參數(shù)對關死點功率影響從大到小的順序依次為:葉片出口寬度、葉片包角、葉片數(shù)、葉片出口角和葉片進口沖角。
　　 3.在總結(jié)研究離心泵關死點揚程計算方法的基礎上，以34臺離心泵關死點揚程的試驗數(shù)據(jù)為依據(jù)，采用一元非線性回歸分析方法對7種常用的離心泵關死點揚程計算方法進行了修正。實例計算表明修正后各公式的計算精度得到了明顯提高。
　　 4.首次基于BP人工神

4、經(jīng)網(wǎng)絡建立了離心泵關死點功率的預測模型，并給出了網(wǎng)絡的輸入模式和拓撲結(jié)構(gòu)。采用46組不同比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵結(jié)構(gòu)參數(shù)和關死點性能參數(shù)對網(wǎng)絡模型進行了訓練，采用另外3組不同比轉(zhuǎn)數(shù)的離心泵模型對網(wǎng)絡進行了檢驗，檢驗結(jié)果表明網(wǎng)絡平均預測偏差為4％，具有比較高的工程應用價值。
　　 5.建立了離心泵關死點內(nèi)流數(shù)值模擬方法，并對3臺不同比轉(zhuǎn)數(shù)的離心泵在關死點工況下的內(nèi)部流動進行了全流場數(shù)值計算，基于數(shù)值模擬結(jié)果預測了各模型泵關死點揚程以及各模型泵

5、過流部件內(nèi)的流動結(jié)構(gòu)與壓力脈動規(guī)律。研究結(jié)果表明:(1)各模型關死點揚程預測值與試驗值偏差均在5％以內(nèi)，這說明提出的數(shù)值模擬方法是基本正確的;(2)葉輪內(nèi)不穩(wěn)定流動對進口管路內(nèi)流的影響距離約為管徑的10倍;葉頻對進口管路壓力脈動基本沒有影響，軸頻對進口管路內(nèi)壓力脈動有影響但比較小:(3)在關死工況下，隨著比轉(zhuǎn)數(shù)的增加葉輪出口處的漩渦面積比例有逐漸減小的趨勢，而葉輪進口的漩渦面積比例有逐漸增大的趨勢，同時葉輪出口的“射流-尾跡”現(xiàn)象也越來

6、越明顯;軸頻對葉輪進口壓力脈動影響較大，葉輪出口的壓力脈動則受葉頻的影響較大;蝸殼內(nèi)各點的壓力脈動最大幅值都是出現(xiàn)在葉頻處，這說明動靜干涉對蝸殼內(nèi)的壓力脈動有著較大的影響;(4)出口管路內(nèi)各點壓力脈動曲線基本一致，各曲線波峰波谷數(shù)與各模型葉片數(shù)相等，同時其最大幅值均出現(xiàn)在葉頻處。
　　 6.對一比轉(zhuǎn)數(shù)為65的離心泵關死點內(nèi)部流動進行了PIV測試，并將內(nèi)流測試結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果進行了詳細對比。對比結(jié)果表明除葉輪進口附近流場外，PI

7、V試驗測得的內(nèi)流場與數(shù)值模擬計算得到的內(nèi)流場都較為一致;葉輪進口流場的差異很有可能是PIV示蹤粒子沉降而導致的。
　　 7.對一比轉(zhuǎn)數(shù)為46.2的離心泵關死點工況下的結(jié)構(gòu)場和內(nèi)流場進行了流固耦合數(shù)值計算，對比了流固耦合前后關死點揚程預測精度和泵內(nèi)流場分布的差異，并詳細分析了葉輪的結(jié)構(gòu)變形。研究結(jié)果表明:(1)考慮流固耦合作用后關死點揚程的預測精度有所提高;(2)考慮流固耦合作用后葉輪內(nèi)各監(jiān)測點的壓力脈動現(xiàn)象呈現(xiàn)出明顯的周期性且脈

8、動幅度也明顯增大;(3)葉輪蓋板上越靠近隔舌的區(qū)域，其位移變形和等效應力越大;各葉片的位移變形從進口到出口逐漸增大，但各葉片的等效應力最大值并不在葉片出口邊。
　　 8.采用加速度傳感器對一比轉(zhuǎn)數(shù)為65的離心泵關死工況下的流動誘導振動進行了測試，并對試驗結(jié)果進行了詳細分析。試驗結(jié)果表明:(1)軸向振動加速度脈動呈現(xiàn)一定的弱周期性規(guī)律，徑向振動加速度脈動沒有任何周期性;(2)蝸殼隔舌處的振動加速度脈動幅值最大;(3)各測點的最大振