轴流泵马鞍区运行特性研究

发布时间：2018-11-01 12:09

【摘要】：本文的研究工作得到了江苏省成果转化专项资金(编号:BA2013127)和江苏省产学研联合创新资金(编号:BY2014123-07)的资助。轴流泵属于低扬程泵,在农业灌溉排涝、水环境治理、城市供水工程和生态需水工程等方面有着广泛的应用。轴流泵运行稳定性一直是水力机械领域的关注热点。轴流泵流量扬程曲线的马鞍区特性严重影响了泵的运行稳定性,尤其是泵在启动和停机过程中的稳定性。因此掌握轴流泵在马鞍区内的流动机理和运行特性具有重要的理论和工程实践意义。本文以比转速为822的轴流泵为研究对象,通过数值模拟和试验相结合的方法,研究了轴流泵在不同工况下的内部流动特性、能量特性、压力脉动特性和振动特性,重点分析了轴流泵在马鞍区内的流动机理和运行特性,研究成果能够为马鞍区的控制和优化提供一定的参考。本文的主要研究内容和结论有:1.阐述了轴流泵马鞍区运行特性研究的重要意义,系统地分析了轴流泵内流场、压力脉动特性和振动特性的研究现状。2.搭建了轴流泵性能测试系统,对轴流泵能量特性、压力脉动特性和振动特性进行了试验测试,研究了轴流泵马鞍区内的运行特性。测试结果表明:(1)马鞍区位于0.5QBEP~0.6QBEP内,且0.55QBEP时局部扬程最低;(2)叶轮进口处压力脉动波动幅度最大,0.55QBEP工况下脉动峰峰值为最优工况的2.3倍,且脉动主频为叶频f_p;(3)各测点振动主频均为轴频fn;叶轮进出口法兰均是竖直方向振动水平最大;叶轮进口法兰竖直方向,0.6QBEP工况下主频fn处振动速度为最优工况的1.15倍,0.55QBEP工况下主频fn处振动速度为最优工况的1.05倍;叶轮出口法兰竖直方向,0.6QBEP工况下主频fn处振动速度为最优工况的1.1倍,0.55QBEP工况下主频fn处振动速度为最优工况的1.04倍。3.采用CFD方法对轴流泵内流场进行了数值计算,分析了轴流泵叶片静压力、叶片表面涡量以及叶轮内流线。数值计算结果表明:(1)最优工况下叶片表面的静压分布较为均匀,马鞍区内叶片吸力面出现大面积低压区,压力面出现明显的高压区;(2)最优工况下叶片压力面和吸力面涡量螺旋度Hn分布较均匀,马鞍区内叶片吸力面和压力面存在明显的旋涡集中区,导致马鞍区内压力脉动增强;(3)最优工况下叶轮内流线分布较均匀,马鞍区内叶轮进口靠近前缘侧出现回流,叶轮出口靠近轮毂处产生明显旋涡。4.基于试验测试研究了不同叶片安放角下轴流泵马鞍区的能量特性、压力脉动特性和振动特性,结果表明:(1)随着叶片安放角的增大,最优工况处的流量逐渐增大,且对应的扬程效率也逐渐增大,从-4°变化到+4°最优工况处流量、扬程和效率分别增大了26.7%、10.4%和0.87个百分点;(2)随着叶片安放角的增大,试验泵马鞍区的绝对位置向右上方偏移,但相对位置仍主要位于0.5QBEP~0.6QBEP内;(3)随着叶片安放角的增大,马鞍区内叶轮进口处压力脉动峰峰值均逐渐增大;0.55QBEP工况下,+4°时叶轮进口脉动峰峰值为0°时的1.22倍;(4)不同叶片安放角下,叶轮进口压力脉动主频均为叶频f_p,且随着叶片安放角的增大,f_p处的压力脉动幅值逐渐增大,0.6QBEP工况下,+4°时f_p处压力脉动幅值为0°时的1.26倍;(5)叶轮进出口法兰处振级均随着叶片安放角的增大而增大,0.6QBEP工况下,+4°时叶轮进口法兰竖直方向振级为0°时1.01倍;0.6QBEP工况下,+4°时叶轮出口法兰竖直方向振级为0°时1.03倍。5.测试了出口弯管为60°时轴流泵马鞍区运行特性,并与90°出口弯管时的性能进行了对比,结果表明:与90°出口弯管相比,(1)60°出口弯管时最优工况处流量、扬程和效率分别增大了3.1%、3.5%和2.02个百分点;(2)60°出口弯管时马鞍区绝对位置向右上方偏移,但相对位置仍主要位于0.5QBEP~0.6QBEP内;(3)60°出口弯管时各工况下叶轮进出口法兰处的振动水平均有所下降;叶轮进口法兰竖直方向,0.6QBEP工况下振级降低了0.19%,0.55QBEP工况下振级降低了1.13%;叶轮出口法兰竖直方向,0.6QBEP工况下振级降低了0.2%,0.55QBEP工况下振级降低了0.27%。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH312

【参考文献】