帶分流葉片高速離心泵的壓力脈動(dòng)與試驗(yàn)研究.pdf

1、本文在國(guó)家自然科學(xué)基金“離心泵內(nèi)部非定常流動(dòng)誘導(dǎo)振動(dòng)和噪聲機(jī)理”(編號(hào):50979034)和國(guó)家自然科學(xué)基金“帶分流葉片離心泵流固耦合誘導(dǎo)振動(dòng)特性研究”(編號(hào):51009072)的資助下開展工作。高速離心泵具有單級(jí)揚(yáng)程高、結(jié)構(gòu)緊湊、維護(hù)方便、造價(jià)低、可靠性好等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于煉油、石油化工、化學(xué)工業(yè)和航天技術(shù)等領(lǐng)域。但隨著轉(zhuǎn)速的提高,對(duì)高速離心泵的運(yùn)行穩(wěn)定性和空化特性要求越來越高。最大限度的減少高速泵泵體內(nèi)流體誘發(fā)的壓力脈動(dòng),從而減輕

2、機(jī)械振動(dòng)已成為當(dāng)今高速泵領(lǐng)域主要研究熱點(diǎn)之一。在設(shè)計(jì)階段預(yù)估高速離心泵全流道內(nèi)流體誘發(fā)的壓力脈動(dòng),這對(duì)有效降低其運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)具有十分重要的意義,本文的主要研究?jī)?nèi)容和研究成果如下:
　　 1.總結(jié)了帶分流葉片離心泵的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展,并著重介紹了分流葉片的設(shè)計(jì)方法,并設(shè)計(jì)了三種型式的分流葉片。對(duì)流體數(shù)值計(jì)算基本理論及在泵中的應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。
　　 2.采用CFX軟件對(duì)高速泵進(jìn)行了定常數(shù)值模擬,對(duì)比分析了三種不同流量工況下高速

3、泵內(nèi)部速度和壓力場(chǎng)分布,并從高速泵內(nèi)部流場(chǎng)及外特性的變化規(guī)律兩方面來研究分流葉片對(duì)高速離心泵性能的影響。在高速泵安裝分流葉片后,同一半徑的速度分布更趨均勻,減小了葉輪內(nèi)的水力損失以及從葉輪出口到泵體進(jìn)口之間的混合損失。分流葉片使高速泵的揚(yáng)程略有提高,且隨著流量的增加,揚(yáng)程提高逐漸增大。同時(shí)能更好的控制流體的運(yùn)動(dòng),對(duì)于改善“射流-尾流”結(jié)構(gòu)有良好的作用。
　　 3.闡述壓力脈動(dòng)的基本理論及分析方法,同時(shí)在定常計(jì)算的基礎(chǔ)上對(duì)高速離心

4、泵進(jìn)行了非定常數(shù)值模擬計(jì)算,分析了分流葉片對(duì)高速泵壓力脈動(dòng)特性的影響.主要結(jié)論有:
　　 (1)在高速泵蝸殼出口處,壓力脈動(dòng)出現(xiàn)了與分流葉片中短葉片對(duì)應(yīng)的小峰值,這在一定程度上對(duì)高速泵壓力脈動(dòng)的急劇波動(dòng)起到了緩解作用。在頻譜圖中,高速泵在其葉頻處存在較大的峰值,說明葉頻是其出口壓力脈動(dòng)的主要成分,即出口壓力脈動(dòng)是由于葉輪與蝸殼動(dòng)靜干擾引起的。
　　 (2)從高速泵蝸殼流道四個(gè)監(jiān)測(cè)位置在設(shè)計(jì)工況下的壓力脈動(dòng)可以看出:B監(jiān)測(cè)

5、點(diǎn)離蝸殼隔舌位置最近,受動(dòng)靜干涉作用影響最強(qiáng),壓力脈動(dòng)幅值最大,C監(jiān)測(cè)點(diǎn)的壓力脈動(dòng)幅值明顯高于D和E監(jiān)測(cè)點(diǎn)。雖然動(dòng)靜干擾產(chǎn)生的壓力脈動(dòng)會(huì)在整個(gè)流道內(nèi)傳播,但6+6分流葉片與全葉片相比,其在C,D和E三個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的脈動(dòng)幅值有明顯的降低,這說明分流葉片對(duì)高速泵蝸殼內(nèi)壁壓力脈動(dòng)有良好改善作用。
　　 (3)針對(duì)葉輪分流葉片數(shù)對(duì)高速泵壓力脈動(dòng)的影響,得出當(dāng)葉輪結(jié)構(gòu)為4+4分流葉片時(shí),高速泵隔舌處監(jiān)測(cè)點(diǎn)的壓力脈動(dòng)幅值取得四種葉輪結(jié)構(gòu)中的最小

6、值,這說明當(dāng)葉輪結(jié)構(gòu)為4+4分流葉片時(shí),高速泵動(dòng)靜干涉作用減小。
　　 4.搭建了高速離心泵進(jìn)出口壓力脈動(dòng)測(cè)試裝置,討論了其壓力脈動(dòng)試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)需解決的關(guān)鍵問題,通過采用葉輪結(jié)構(gòu)為全葉片,4+4分流葉片分析了不同葉輪型式對(duì)高速泵壓力脈動(dòng)特性的影響,主要結(jié)論有:
　　 (1)通過高速泵的揚(yáng)程一流量試驗(yàn)值與模擬計(jì)算值的對(duì)比。從圖中可以看出,數(shù)值計(jì)算的結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果趨勢(shì)一致,高速泵在設(shè)計(jì)流量點(diǎn)附近的誤差相對(duì)較小,越偏離設(shè)計(jì)工