轴流泵叶顶间隙对内部流场及性能影响的数值分析

发布时间：2020-09-24 08:52

　　轴流泵叶轮叶顶间隙的大小，叶轮叶片外缘的几何形状及间隙内流场分布是影响轴流泵效率、空化余量的重要因素之一，也关系到轴流泵安全可靠运行。本文首先对国产定型产品ZQ287OC-4型轴流式潜水泵，通过改变泵壳外径的方法取得七种不同的叶轮叶顶间隙值：0mm、0.65mm、1mm、1.5mm、2mm、3mm、5mm。在设计工况下(Q=1.85m~3／s，H=9.19m，n=735r／min)利用FLUENT6.1软件，采用标准κ-ε双方程紊流模型和SIMPLE算法，对不同叶顶间隙值下的流道内部流场进行了计算。通过分析计算结果发现：1)叶片背面、叶片顶面是受间隙流场影响最严重的区域；2)间隙内部低压中心随着叶轮叶顶间隙值增大沿叶片外缘向叶轮出口方向转移；3)间隙内轴向速度沿叶轮外缘弦长方向分布不一致，泄露流动最严重的区域在叶轮外缘15％-20％轴向弦长处；4)通过对间隙内轴面流场进行分析，观察到了泄漏涡的形成与发展；当间隙值增大到5mm(0.77％D_2)时，间隙内部出现旋涡；5)利用计算结果对泵的扬程和水力效率做了预测，发现扬程和水力效率均随间隙值增大而下降；在叶轮叶顶间隙取值不大于1.5mm即0.23％D_2，该泵的扬程和水力效率下降不大。因此当仅考虑扬程和水力效率时，推荐叶轮叶顶间隙取值在此范围内，此值比设计手册推荐值稍大。其次，以1.5mm叶轮叶顶间隙值为例，研究了修圆叶轮叶片外缘在改善间隙流场方面的作用。根据设计、运行经验，分别以两倍间隙值、叶片外缘厚度一半、叶片外缘厚度三分之二为半径修圆叶片工作面外缘：在修圆叶片工作面外缘基础上尝试了修圆叶片背面外缘。结果表明以两倍叶顶间隙值为半径修圆叶片工作面外缘能提高间隙内最低压力，降低了间隙空化空蚀发生的可能性；另外，此种修圆方案下叶轮水力效率比其它修圆方案高。因此建议采用以间隙值的两倍为半径修圆叶片工作面外缘，以达到降低间隙空化空蚀发生的目的。为了验证数值模拟的准确性，分别计算了该泵在不同流量下的扬程。计算值和实验值比较发现在0.8-1.2Q_d(设计流量)范围内误差小于6％。由此说明数值模拟结果较准确。
【学位单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2007
【中图分类】：TH312
【部分图文】：

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图3.1ZQ287OC一4潜水轴流泵性能曲线.2间隙方案选择建立简化合理而准确的模型，划分具有适当精度的网格，是数值模拟的基础。现实中泵的零部件之间存在配合关系，在建立适用于数值模拟必须给予合理简化。由于叶顶间隙尺寸与整个流道尺寸相比，存在量级使整体划分网格很难满足要求。若网格尺寸太小，网格数量会非常大，格尺寸稍大，间隙区域将无法安排网格。针对这种情况可采用分区划分法，即单独对间隙区域进行网格划分。在对间隙的选择上，已有的研究表明14el，轴流泵间隙取值(0.08一z(D2为叶轮外径)较为合适(卧式取大值，立式取小值，化工泵取大值，泵取小值)，最小不应小于0.2mm。以上数值的给定相对小间隙下性能相对于工程中的安装问题，及其在旋转时泵轴的扰动可能产生的问题的利的。文献【471给出轴流泵间隙值为0.1%DZ，最小值为0.lmm。

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轴流泵叶顶间隙对内部流场及性能影响的数值分析的CAD模型修复能力、自动表面抽取、独特的网格“雕塑”技术以术。ICEM一CFD软件成为目前最为通行的CFD前处理网格生成软件，量的六面体网格、四面体网格和混合网格。用ICEM一CFD划分网格，不存在网格尺寸差距大难过渡从而导致整的问题。利用这一优点，可以通过给线较小的网格尺寸来实现对其密，或者可以通过调小一个面的网格尺寸，来实现附近空间的网格法避免了生成多个body(等同于GAMBIT中的v01um。)，降低了建模格数量可以得到比较好的控制。本文在改善间隙流场的流动研究一ICEM一CFD5.1划分的网格。图3.4显示了CEM一CFD划分网格的特点边界网格可以加密但不会约束面网格;(b)显示了由边界的小尺度网网格快速过渡。

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1.包含叶片和导叶的流道建立可以先由轮毅及外壳的母线旋转出无叶片和导叶的实体流道，再挖掉叶片和导叶，即是实际流动区域。图3.5中(a)是在Pro/E草绘环境下的轴面图，(b)是旋转后得到的全流道实体模型。图3.5包含叶片和导叶的全流道生成过程2.真实流动区域的生成现在在全流道内分别生成叶片和导叶，然后用去实体化的方式挖掉它们，则得到实际流动区域，即网格划分区域。按照叶片由不同翼型串联的思想，分别做出各断面翼型，再将其混合成曲面。由于设计图纸只有五个中间翼型，它们同轮毅及泵壳的交线只能通过延伸的方式得到。首先采样各翼型的若干点，建立blade.ibl文件。通过这个文件，可以方便地生成翼型。

【引证文献】