帶分流葉片高速離心泵的壓力脈動與試驗研究.pdf

1、本文在國家自然科學基金“離心泵內(nèi)部非定常流動誘導振動和噪聲機理”(編號:50979034)和國家自然科學基金“帶分流葉片離心泵流固耦合誘導振動特性研究”(編號:51009072)的資助下開展工作。高速離心泵具有單級揚程高、結(jié)構(gòu)緊湊、維護方便、造價低、可靠性好等優(yōu)點,被廣泛應用于煉油、石油化工、化學工業(yè)和航天技術等領域。但隨著轉(zhuǎn)速的提高,對高速離心泵的運行穩(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,從而減輕

2、機械振動已成為當今高速泵領域主要研究熱點之一。在設計階段預估高速離心泵全流道內(nèi)流體誘發(fā)的壓力脈動,這對有效降低其運行風險具有十分重要的意義,本文的主要研究內(nèi)容和研究成果如下:
　　 1.總結(jié)了帶分流葉片離心泵的國內(nèi)外研究進展,并著重介紹了分流葉片的設計方法,并設計了三種型式的分流葉片。對流體數(shù)值計算基本理論及在泵中的應用進行了簡單介紹。
　　 2.采用CFX軟件對高速泵進行了定常數(shù)值模擬,對比分析了三種不同流量工況下高速

3、泵內(nèi)部速度和壓力場分布,并從高速泵內(nèi)部流場及外特性的變化規(guī)律兩方面來研究分流葉片對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口之間的混合損失。分流葉片使高速泵的揚程略有提高,且隨著流量的增加,揚程提高逐漸增大。同時能更好的控制流體的運動,對于改善“射流-尾流”結(jié)構(gòu)有良好的作用。
　　 3.闡述壓力脈動的基本理論及分析方法,同時在定常計算的基礎上對高速離心

4、泵進行了非定常數(shù)值模擬計算,分析了分流葉片對高速泵壓力脈動特性的影響.主要結(jié)論有:
　　 (1)在高速泵蝸殼出口處,壓力脈動出現(xiàn)了與分流葉片中短葉片對應的小峰值,這在一定程度上對高速泵壓力脈動的急劇波動起到了緩解作用。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的主要成分,即出口壓力脈動是由于葉輪與蝸殼動靜干擾引起的。
　　 (2)從高速泵蝸殼流道四個監(jiān)測位置在設計工況下的壓力脈動可以看出:B監(jiān)測

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

6、值,這說明當葉輪結(jié)構(gòu)為4+4分流葉片時,高速泵動靜干涉作用減小。
　　 4.搭建了高速離心泵進出口壓力脈動測試裝置,討論了其壓力脈動試驗裝置和試驗需解決的關鍵問題,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高速泵壓力脈動特性的影響,主要結(jié)論有:
　　 (1)通過高速泵的揚程一流量試驗值與模擬計算值的對比。從圖中可以看出,數(shù)值計算的結(jié)果和試驗結(jié)果趨勢一致,高速泵在設計流量點附近的誤差相對較小,越偏離設計工