基于离心泵的水力透平的流场分析及性能预测

发布时间：2020-04-17 09:12

【摘要】： 离心泵反转作为能量回收透平,可以驱动泵、风机、发电机等旋转机械来回收液体压力能。大量的学者研究表明：离心泵反转运行需解决的关键问题是选型和工作不稳定。前一个问题,国内外研究的比较多,但是结论相差较大,使得厂家用起来无所适从；工作不稳定在此特指小流量工况效率著降,转速达不到额定转速的现象,这方面的研究相对比较少,实际中都是依靠电机来辅助做功。因此,本文在前人的研究成果的基础上,以4台不同比转速的单级离心泵为研究对象,从以下几个方面,对上述两个问题做了更深入的探讨。 (1)总结前人预测离心泵反转最优工况参数的方法,提出了更全面、适用性更广泛的预测关系式的数学模型；用统计的方法对4台低比转速离心泵的数值试验结果进行分析,得到了泵的流量、扬程、功率与反转作为能量回收透平时的流量、水头和功率之间的关系。 (2)选取一台离心泵反转的三个典型工况(大流量工况、最优工况和小流量工况)进行流场分析,从内部流场分布的角度分析了泵反转工况的外特性表现。 (3)以离心泵反转最优工况的参数,按照常规混流式水轮机导叶的设计方法,为离心泵设计了一个导叶。并对加与不加导叶两种情况下的数值试验结果进行了对比。 通过对以上问题的研究,得出以下结论： (1)提出了离心泵反转工况下性能预测的数学模型,利用该数学模型计算比转速在30到80之间的泵反转工况下的性能参数,其计算值与试验值非常接近,可以在工程实际中应用。 (2)通过对离心泵反转不同工况的数值模拟,分析内部流场发现：即使是最优工况,叶片工作面的相对速度也有一个旋涡,背面进口边附近流动紊乱。这些是由于反转的最优工况流量比正转大,转轮入口负冲角过大,冲击叶片造成的。 (3)设计的导叶的确改善了转轮的入流状况,叶片工作面、背面的相对速度矢量分布均匀、流畅。和没有导叶的情况相比,最优效率向大流量偏移；虽然最高效率的数值有些降低,但是随着流量的减小,效率显著下降的程度减弱了,稳定性增强。
【图文】：

图1.1用电机辅助做功的泵反转运行回收液体能量的装置示意图下，反转泵型属于外力驱动式装置，即其加压泵由外电辅助形式，这种装置在可回收的能量小的情况下、也，使用范围广。转作为能量回收透平应用中的问题结了工业中常用离心泵反转作为能量回收透平的性能力透平与泵的扬程一流量特性曲线的趋势相反，液力透后，压头随流量的增加而迅速上升。液力透平用时，它的最佳效率值与作泵用时的最佳效率量点处;而且在该点右侧效率下降缓慢，因此宜于在运行。

1.3.2离心泵反转工况性能的改善文献l’]提出用离心泵反转作为能量回收透平，对进口边修圆会提高回收效率，但是没有给出具体的理论解释和试验证明。如图1.4，日本的新滨仁等l川针对叶片进口边修圆专门做了试验研究，作者对进口边分别作了三种不同的处理。结果显示:最高效率依Ra、Rb、Rc、Rd的顺序逐渐增高，，Ra对应的最高效率点流量没有多大变化，但是效率却最高，大约比没有加工的Rd形状高2%左右。而Rb、Rc的效率大体相同，比Rd提高约1%，但它们在最高效率点流量有些偏差。由此表明，转轮进口前缘变薄修圆后，会使碰撞损失减少，效率提高。其中，尤其是对转轮进口前缘压力面进行加工最为有效。其次文献1111还提出对转轮进口外径加工
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TH311

【引证文献】

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1 王桃;孔繁余;何玉洋;杨孙圣;;离心泵作透平的研究现状[J];排灌机械工程学报;2013年08期

本文编号：2630698