诱导轮离心泵空化性能及不稳定性研究

发布时间：2019-05-14 13:54

【摘要】：离心泵前加装诱导轮有效的提高了离心泵的空化性能,随着石油、化工、电力等行业的发展,人们对离心泵的运行稳定性和效率等方面提出了更高的要求,其中空化性能不仅决定着泵机组的稳定性,还会影响泵的效率。本文以一前置等螺距诱导轮为研究对象,首先开展了单相定常流动数值计算,与实验值进行对比分析,确定文中所用的数值计算方法的可行性。其次,以单相流动数值结果为初始值,选取0.6Q、1.0Q、1.2Q三个工况进行空化数值计算,揭示空化发生时不同工况下的诱导轮离心泵内的空泡演变规律,流场分布情况以及空化对蜗壳的影响。再次,保持模型中其他过流部件不变,只改变口环间隙值,将口环间隙取值为b1=0.15mm、b2=0.25mm、b3=0.40mm、b4=0.60mm,在设计流量下进行各个模型的单相及空化数值计算,研究口环间隙对诱导轮离心泵空化流动和性能的影响。主要得出以下结论:(1)不同工况下,原模型(b2=0.25mm)的数值模拟结果和实验结果比较接近,数值模拟结果准确可行。(2)随着空化余量的降低,诱导轮离心泵中的诱导轮和泵的空化性能曲线都在空化余量降低到一定程度时开始下降,设计流量下,两者的空化性能曲线波动较小,小流量波动次之,大流量最严重;泵运行在大流量时,空化性能变差。(3)小流量工况下,离心叶轮的初生工况和断裂工况均出现在诱导轮初生工况和断裂工况后的某一工况点,能够较好的改善泵的空化性能;设计工况下,诱导轮和叶轮内的初生空化点几乎在同一空化余量下,而叶轮断裂工况发生在诱导轮断裂工况之后;大流量时空化最先出现在离心叶轮内,诱导轮无法满足离心叶轮的能量要求,故泵不易工作在大流量工况。(4)蜗壳隔舌和旋转叶轮的动静干涉、诱导轮的存在和口环间隙的存在对离心叶轮内的空泡分布不均和交变空化产生影响,出现空化不稳定性。(5)诱导轮离心泵中的空化形态有:诱导轮回流区的漩涡空化和发生在叶片上的叶面空化,其中叶面空化包括相对稳定的片状空化和不稳定的云状空化;空化发生时,离心叶轮叶片上的空泡分布不均匀,断裂空化发生在部分流道被堵塞的情况下。(6)空化改变叶轮内部流场,随着空化余量的减小,空泡区所对应的流道内产生漩涡,漩涡靠近叶轮出口处的叶片背面,方向同叶轮的旋转方向,空化余量越小,漩涡数越多,漩涡区向叶片进口蔓延;随着流量的增加,蜗壳和旋转叶轮的动静干涉对流态的影响减小;当空化余量降低到断裂工况之后,空化对流态的影响超过了动静干涉对流态的影响。(7)空化余量减小到一定程度后蜗壳内的扬程损失开始增大;蜗壳内的流态发生变化,变化位置对应叶轮流道内空化严重的区域。(8)口环间隙处的泄漏流对诱导轮离心泵的扬程、效率有较大的影响,随着口环间隙增大,相对b1,总扬程下降达到0.6%、总效率达到6.5%,离心叶轮扬程效率下降达到4.21%、9.32%;诱导轮扬程效率增加达到29.86%、28.40%。口环间隙增大,对效率的影响更加显著。(9)口环间隙大小对诱导轮离心泵空化性能影响较大,随着口环间隙的增大,空化性能曲线呈现波动现象,间隙越大,波动现象越显著;空化数降低,离心泵主叶轮工作面靠近前盖板出现云状空泡分布,出现空化不稳定性,间隙越大,空化越不稳定,临界空化数越大。(10)诱导轮离心泵空化不稳定性的影响因素可能有:口环间隙出口处泄漏高压流体对主流的冲击;口环附近空化的发生;诱导轮空化引起叶片出口液流角的改变。
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【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH311

【参考文献】