诱导轮几何参数对LNG潜液泵空化特性的影响规律研究

发布时间：2020-09-14 19:26

　　空化是指在液体流场的低压区域形成蒸汽气泡的过程,空化对水力机械的正常运行造成严重影响且不可避免,主要有以下三个方面。第一,空化造成水力机械性能下降,严重影响泵的运行工作;第二,空化空泡在固体表面破裂时易造成材料损坏;第三,空化不仅对定常态的流体流动状态产生影响,还会影响流体流动的非定常特性和动态响应特性,这种不稳定性会导致泵内流量和压力的振荡,对泵及其管路的结构造成破坏。在工程实践中,空化已成为水力机械故障的主要原因之一。越来越多的研究表明:在泵前加装诱导轮可以有效改善离心泵的空化性能,即流体进入诱导轮经旋转增压,可以提高转轮的进口压力,而诱导轮本身具有较强的抗空化性能。LNG潜液泵作为一种特殊的低温泵,提高其空化性能是解决泵技术攻关的核心问题之一。本文以某型LNG潜液泵作为研究对象,基于Kubota空化模型的数值计算和空化试验验证相结合,提出了改变诱导轮进口轮毂比和改变诱导轮叶片轴面安放角以改善空化性能的控制方法,并对离心泵内部叶轮和诱导轮的空化发展过程、空化流动不稳定性和离心泵压力脉动特性进行深入研究。主要研究结论有:1.通过分析不同空化数下模型泵内空泡分布云图、诱导轮叶片静压分布云图和诱导轮轴面速度矢量分布图等,研究了离心泵内部空化发展过程。结果表明:空泡首先出现在诱导轮进口轮缘处,随着空化的发展,诱导轮内部的空泡向出口处延伸,空泡形成自激压力振荡,在诱导轮出口和叶轮进口处的压力呈现高幅低频的脉动现象。在空化数降至临界空化数σ_(cr)=0113时,诱导轮出口出现尾涡空化,对叶轮吸入性能产生影响。在严重空化阶段,诱导轮内的空泡充满整个流道,离心泵工况断裂,振动和噪声急剧增加。2.采用五组不同诱导轮进口轮毂比的离心泵(λ=0.260、λ=0.289、λ=0.318、λ=0.274和λ=0.303)进行对比分析,研究了不同诱导轮进口轮毂比对离心泵空化特性的影响规律。结果表明:随着诱导轮进口轮毂比的增大,轮缘进口处液流的轴面速度增大,在相同叶片安放角的基础之上,叶片进口液流正冲角减少,液体在叶片吸力面进口处产生脱流,离心泵空化性能降低。同时,改变诱导轮的进口轮毂比对离心泵外特性影响较小。因此,在一定范围内,适当减小诱导轮的进口轮毂比可以提高离心泵的空化性能。本台离心泵在诱导轮进口轮毂比为0.260时,空化性能最优。3.通过对四组不同诱导轮叶片轴面安放角(θ=+6°,θ=+3°,θ=0°和θ=-3°)的离心泵进行分析,研究了不同诱导轮叶片轴面安放角对离心泵空化特性的影响规律。结果表明:诱导轮叶片轴面安放角改变了诱导轮叶片吸力面的静压分布规律,诱导轮叶片后倾导致叶轮出口出现了高湍动能区,在回射流的作用下,叶轮出口处的空化涡脱落且附着在叶片压力面上,致使叶轮出口液流速度紊乱,离心泵空化性能降低。同时,在诱导轮出口静压相同的条件下,诱导轮在θ=+3°时出口动压最大,此时诱导轮能量转换特性最优。但若诱导轮叶片前倾的角度过大,提前了转捩时间,不利于离心泵空化性能的改善。因此,在诱导轮叶片轴面安放角θ=+3°时,离心泵内部流动状态最好,空化性能最优。
【学位单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TH311
【部分图文】：

潜液泵,低温

图 1.1 LNG 低温潜液泵国内外研究现状发展，天然气在世界范围内已成为与石泵作为 LNG 运输过程中最核心的设备少数几家国外公司可以生产制造。1912家液化天然气工厂，但直到 20 世纪 50舶运输。天然气船运的兴起带动了 SEM着材料科学、密封技术、控制保护技术型 LNG 船、汽车燃料加注站以及 LNG态天然气。目前，LNG 潜液泵的生产厂家数几家公司。在 LNG 工业制造领域内，己的各类产品，大大开阔了 LNG 潜液泵。入运行的 LNG 接收站、LNG 汽车加注站

类型,空化,空泡,侵蚀现象

硕士学位论文产生的冲击力[31]。这种空蚀破坏会在固体表面形成的锯齿状和晶体状小不同于固体颗粒的侵蚀现象。离心叶轮中，空化破坏不仅仅是由于单个的，而是由一群空化空泡周期性和相干性破裂所导致的结果[32]。空化的根据其物理特性的不同，可分为游移空泡、附着空穴以及涡空化等形式

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72 180轴面投影图从入口看平面图 2.2 诱导轮水力图试验和空化性能试验论计算所得模型的几何参数设计 LNG 潜液泵，进压力获得所需性能曲线。图 2.3 是 LNG 潜液泵试验

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