基于时序效应的串并联离心泵压力脉动研究

发布时间：2019-11-06 13:22

【摘要】：随着船舶技术发展,水力性能好、运行稳定性高、振动噪声低等特点成为串并联离心泵发展的必然要求。时序效应在提高泵水力性能和降低泵内部压力脉动方面有显著成效,因此有必要开展串并联离心泵时序效应研究。本文采用数值模拟方法研究了保持首级叶轮和导叶时序不变,改变次级叶轮时序位置、次级导叶时序位置或同时改变次级叶轮和导叶时序位置对串并联离心泵水力性能的影响,重点开展了次级叶轮时序位置对串并联离心泵压力脉动特性影响的研究,主要研究工作及结果如下:(1)建立了串并联离心泵流道水体三维模型,并进行网格划分和网格无关性检验,对原始模型进行数值模拟并与试验进行对比,验证了数值模拟的可行性。(2)分别研究了次级导叶时序位置、次级叶轮和导叶时序位置对串并联离心泵外特性的影响,分别得到了次级导叶时序位置、次级叶轮和导叶时序位置与泵的外特性之间的关系曲线。(3)研究了次级叶轮时序位置对串并联离心泵水力性能、内部流动特性的影响,得到了次级叶轮时序与泵的扬程和效率的关系曲线,分析内部流场得到:首、次级叶轮内部流场均随着时序发生变化,并联工况下,次级流道管阻随时序改变,进而引起流产变化;串联工况,泵内部流场变化较小。(4)重点研究了次级叶轮时序位置对串并联离心泵压力脉动的影响,研究发现:次级叶轮之前水体内的压力脉动不受次级叶轮时序影响;改变次级叶轮时序不改变次级叶轮和导叶内压力脉动的规律,仅改变了次级叶轮和导叶内压力脉动峰值出现的时间;次级蜗壳及其后水体内压力脉动因受到多因素影响无共同规律可言;首、次级叶轮和导叶内压力脉动频域特性不受次级叶轮时序影响,叶轮内的主频为10倍转频,导叶内的主频为叶频;首次级蜗壳、换向阀及出口管压力脉动在不同时序下无共同频域特性。
【图文】：

示意图,串并联,离心泵,运行工况

1.1 研究背景及意义串并联离心泵是一种立式两级离心泵，因其能够一机两用且占地面积小而被广泛应用于船舶领域。串并联离心泵与普通两级泵的不同之处在于：串并联离心泵在首、次级叶轮的进口有一个自启单向阀，在首、次级蜗壳的出口有一个换向阀，通过自启单向阀与换向阀的配合使用，使得串并联离心泵能够在两种不同工况下运行。图 1 为串并联离心泵两种运行工况的示意图。串联工况时，换向阀切换到串联状态，进口单向阀受到次级叶轮内流体压力关闭，使得首级蜗室与次级吸水室相连，构成一台两级离心泵，如图 1.1（a）。此时，泵在单个叶轮的流量下，经两个叶轮加压，获得了两级叶轮扬程。并联工况时，换向阀切换到并联状态，首级蜗室与次级吸水室之间被换向阀阀芯阻断，但与出口流道接通，这时，次级叶轮入口压力降低，在进口管压力的作用下自启单向阀开启，介质经次级叶轮加压后与首级介质在出口管路相遇，如图 1.1（b）。此时，泵具有两倍的叶轮流量，单级叶轮扬程。

多级离心泵

（a）Worthington 泵（b）SPX 泵图 1.2 多级离心泵Fig 1.2 Multistage centrifugal pump由图 1.2 可知，国外多级离心泵中叶轮的周向位置并不相同，以一定方式进行错开，说明多级离心泵叶轮的周向位置的不同对泵的水力性能、运行稳定性等有着显著影响。在叶轮机械中，由于转子-转子、定子-定子之间周向位置的不同引起机械内部流态发生变化，性能发生改变的现象称为时序效应（Clocking Effect）[1-2]。串并联离心泵在运行过程中会产生不稳定和压力脉动，随之引起机组振动并损害泵的水力性能和运行稳定性。随着船舶技术快速发展，振动噪声低、水力性能好、运行稳定性高等特点成为未来串并联离心泵发展的必然要求。过去，，关于串并离心泵水力性能和压力脉动的研究并没有考虑首、次级之间的流动干涉，和首次级叶轮及导叶周向位置对泵性能和压力脉动的影响。目前，国内研究学者在串并联离心泵内部流动特性和压力脉动特性方面，取得了一定的成果，然而针对
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH311

【参考文献】