含沙水條件下離心泵的磨損特性及空化性能研究.pdf

1、泵是一種通用機械，在人類生活和社會發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。但我國河流中都或多或少混雜著泥沙顆粒等雜質，在這種條件下運行的離心泵，其內(nèi)部流動屬于復雜的多相流動，泵內(nèi)過流部件通常都存在磨損問題。含沙水中的固體沙粒在影響水力機械磨損的同時也影響著空化的發(fā)生、演化與潰滅。目前，對于含沙水條件下離心泵的磨損問題和空化問題的研究，主要以實驗為主，雖然進行了一些探索，但尚未掌握其機理。因此，有必要對含沙水條件下離心泵內(nèi)部磨損特性及空化性能進行研究，為今

2、后在含沙水下運行的離心泵的設計和使用提供了重要依據(jù)。本文以一臺比轉速為196的單級單吸離心泵作為研究對象，采用RNG k-ε湍流模型和SIMPLE算法，基于離散相模型和Finnie塑性沖蝕磨損模型，研究了含沙水條件下離心泵的磨損特性；分別在清水介質和含沙水介質條件下，基于混合模型和 Schnerr-Sauer空化模型，研究了離心泵內(nèi)部空化性能。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴在清水介質和含沙水介質條件下，泵外特性曲線的變化趨勢大體一致

3、，且在含沙水條件下的揚程和效率均比清水介質下的值要低。⑵在同一流量工況下，含沙水條件下葉輪的進口壓力低于在清水介質下的壓力值，但在含沙水條件下葉輪的出口壓力比在清水介質下的出口壓力高。在同一介質條件下，葉輪的出口壓力隨流量的增大而逐漸降低。⑶當沙粒粒徑一定時，隨著沙粒體積分數(shù)的增加，離心泵內(nèi)各過流部件的磨損率都逐漸增大，主要磨損部位集中在葉片的進口邊、葉片的背面、葉片工作面出口以及蝸殼隔舌斷面附近區(qū)域。其中葉片進口邊為泵內(nèi)磨損最為嚴重的

4、區(qū)域，其次依次為葉片背面、蝸殼壁面、葉片工作面和葉輪后蓋板；隨著沙粒體積分數(shù)的增加，沙粒的運動軌跡逐漸趨于紊亂，尤其在靠近葉片出口和蝸殼隔舌斷面附近；隨著沙粒體積分數(shù)的增加，離心泵的揚程和效率不斷降低。⑷當沙粒體積分數(shù)一定時，隨著沙粒粒徑的增大，離心泵內(nèi)各過流部件的磨損率都逐漸增大。葉片工作面為泵內(nèi)磨損最為嚴重的區(qū)域，其次依次為葉片進口邊、后蓋板、蝸殼壁面和葉片背面；隨著沙粒粒徑的增大，沙粒逐漸偏向葉片工作面運動，在蝸殼的螺旋段內(nèi)沙粒運

5、動軌跡的旋轉半徑逐漸增大；隨著沙粒粒徑的增大，泵的揚程和效率都逐漸降低。⑸含沙水條件下離心泵的臨界空化余量比清水介質下的相應值要高。同一進口壓力下，在含沙水條件下流道內(nèi)汽泡體積比在清水介質下的汽泡體積大，空化也更加嚴重，說明了固體沙粒的存在降低了離心泵的空化性能。⑹在兩種不同介質條件下，葉輪流道內(nèi)汽泡體積分布情況大體一致。汽泡首先出現(xiàn)在葉片背面進口位置附近，當進口壓力逐漸降低時，空化發(fā)展程度逐漸加劇，附著在葉片背面上的汽泡沿著流動方向擴