节段式多级泵轴向力的变化特性研究

发布时间：2020-08-22 11:46

【摘要】：节段式多级泵具有高扬程、级数可变的特点,是工程应用中不可缺少的流体输送设备。但节段式多级泵由于叶轮串联连接的原因,导致其在运行过程中会产生很大的轴向力,而轴向力会使泵转子部件在轴向上发生窜动,造成叶轮等部件的磨损,影响泵的安全稳定运行。本论文主要采用数值模拟的研究方法,对稳定运行和启动过程两种不同运行状态下DG155-67×5型多级泵轴向力的变化特性进行研究,在整个研究过程中,平衡盘轴向间隙b_2保持不变。并在轴向力研究的基础上,对平衡盘的运动趋势做了讨论。主要的研究工作以及得到的结论如下:1.首先对该节段式多级泵进行全流场数值模拟,得到其外特性曲线,然后和试验结果进行对比分析,结果表明模拟值与试验值两者相差不大,说明运用该数值模拟计算方法能够对本文后续研究进行可靠的计算。2.对不同流量工况下的节段式多级泵模型进行定常数值模拟,通过分析计算结果可知,随着流量的增大,轴向力呈线性减小趋势。对平衡盘内部的压力进行监测,发现径向间隙和轴向间隙中的压力按直线规律下降,平衡腔内的压力基本保持不变,在两间隙的进口处均会发生压力骤降。通过对平衡盘产生的平衡力与泵所受总轴向力的比较,发现平衡力大于总轴向力,此时残余轴向力为负值,然后结合平衡盘往复运动的规律,表明在此轴向间隙下,平衡盘有可能做加速运动也有可能做减速运动。3.在设计工况下,对该节段式多级泵模型进行非定常数值模拟,发现轴向力随运行时间呈周期性变化,并且在一个稳定的变化周期内,叶轮前盖板产生的轴向力会出现两个波峰值,叶轮后盖板产生的轴向力会出现两个波谷值。4.选用直线启动和指数启动两种方式对节段式多级泵进行瞬态数值模拟,运用UDF对叶轮转速和泵进口条件进行编译,通过模拟计算得到该多级泵的外特性曲线,发现流量和扬程的变化趋势受转速的增长方式影响较大,并与相似理论得到的变化规律一致。对两种启动方式下泵所受的轴向力和平衡盘产生的平衡力大小进行对比分析,发现在整个启动过程中,直线启动方式所产生的轴向力较小,但两种启动方式下的轴向力都大于平衡力,说明在启动过程中平衡盘会有向左运动的趋势。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH38
【图文】：

曲线,轴向间隙,运动时间,时轴

节段式多级泵轴向力的变化特性研究式，并提出了平衡盘刚度的概念，发现刚度比灵敏度引起的平衡力的变化。李伟等[36]以 CFD 计算为基础得到间隙值的大小对离心泵整个平衡装置的灵敏度和方法对其进行验证。贾大伟等[37]以一台 BJL5C 型消同轴向、径向间隙的长度与宽度对离心泵寿命、灵敏现当间隙宽度较小时，平衡装置中的泄漏量减小、灵敏等[38]运用 Matlab 软件通过改变平衡盘结构参数对量和动态稳定时间之间的关系进行了研究，如图 1.2合理选择及平衡盘易磨损等问题的解决提供了理论

有限体积法,计算网格

将式（2.26）中的对流项和扩散项改写为div d dA V A U n U div grad d grad dA V A n 式（2.26）变为 d + d = grad d + dA AV A A S Vt n U n （2.30）中，第一项是在控制体内总的变化率，第二项代表控制体中的净减少量，式子等号右边的第一项代表控制体中因扩散而引起的净后一项是控制体内源项引起的的增加率。离散方程限体积法的主要特点就体现在用有限的离散点来代替原来的连续空间题所用的计算区域划分成许多不相互重叠的子区域，进而确定每个子区置和该节点所占的控制体体积的大小。

网格图,求解区,平衡盘,网格

图 3.3 平衡盘求解区域网格本文研究对象 DG155-67 5 型节段式多级泵三维求解区域网格如图 3.4 所示。图 3.4 节段式多级泵求解区域网格3.3.2 网格无关性分析由于网格数量对数值模拟的计算结果有一定的影响，因此，以设计工况下的

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