离心泵浮动叶轮轴向力的数值计算与实验研究

发布时间：2017-06-11 12:03

  本文关键词：离心泵浮动叶轮轴向力的数值计算与实验研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在生产实践中,泵的轴向力通常会很大,特别是对于高扬程的多级离心泵,若设计、运行不当,能导致轴承烧毁、轴封损坏、甚至断轴等事故发生。在许多场合下,轴向力过大产生的问题,其严重性已超过了效率、磨损等因素,成为泵能否稳定运行的决定因素。因此,设法消除或平衡轴向力既可以提高离心泵的使用寿命和效率,又有利于高扬程的发展。本文的主要内容如下： 1.以IS80-50-315型离心泵为研究对象,在离心泵浮动叶轮闭式实验台上,通过人工来改变叶轮轴向位置,即在叶轮轴向位移量为0、2、4、6、8mm,相应的后泵腔轴向间隙为14.5、12.5、10.5、8.5、6.5mm时,获取了泵的性能和液体作用在叶轮上的轴向力。试验分析表明,在0.8Q、1.0Q、1.2Q流量下,随着叶轮轴向位移量的增加,泵的扬程、效率是降低的,轴功率是增加的。当x=4mm时,泵的扬程和效率出现了拐点,当x4mm时,随着叶轮轴向位移量再增大,泵的扬程、效率有所回升。而液体作用在叶轮轴向力有明显降低,在0.8Q、1.0Q、1.2Q流量下,x=8mm时较x=0mm分别降低了14.60%、12.89%、15.55%,验证了浮动叶轮轴向位移能改变泵轴向力特性。 2.在浮动叶轮轴向位移量为零(即叶轮出口流道中心线与蜗壳流道中心线重合时),对该泵全流道进行了定常不可压数值模拟,获得了该泵的外特性和轴向力预测值,并绘制了性能曲线； 3.将泵的外特性与轴向力的模拟值和试验值进行对比分析,结果表明,当离心泵浮动叶轮轴向位移量x=0mm时,在0.8Q-1.2Q的工作区域,泵性能的数值计算结果与实测结果趋势吻合； 4.在其他参数不变的条件下,当浮动叶轮轴向移动量x=0,2,4,6,8mm时,对该离心泵进行了全流道数值模拟和轴向力数值计算和分析,并绘制了不同工况下泵性能与轴向力随浮动叶轮轴向位移量变化的关系曲线,结果表明,在0.8Q-1.2Q流量范围,泵性能和轴向力的数值计算结果与实测结果趋势吻合。
【关键词】：离心泵 浮动叶轮 轴向移动 轴向力 数值模拟及试验
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH311
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 绪论10-24
• 1.1 研究背景与意义10-11
• 1.2 国内外研究进展11
• 1.3 轴向力的产生原因及计算11-15
• 1.3.1 轴向力产生的原因11-13
• 1.3.2 轴向力的计算13-15
• 1.4 轴向力的其他计算公式15-17
• 1.5 轴向力平衡的新方法17-19
• 1.6 轴向力的测试方法19-22
• 1.6.1 直接测量法19-21
• 1.6.2 间接测量法21-22
• 1.7 主要研究内容22-24
• 第2章 实验研究24-39
• 2.1 实验装置24-27
• 2.2 实验步骤27
• 2.3 实验数据27-31
• 2.4 叶轮轴向移动量对泵性能的影响31-33
• 2.5 叶轮轴向位移量对轴向力的影响33-36
• 2.5.1 平衡腔与叶轮进口液体压差产生的轴向力34
• 2.5.2 动反力引起的轴向力34-35
• 2.5.3 轴头产生的轴向力35
• 2.5.4 液体作用在叶轮上总轴向力35-36
• 2.6 轴向力的理论计算36-38
• 2.6.1. 盖板力F_136
• 2.6.2. 动反力引起的轴向力F_236-37
• 2.6.3. 轴头引起的轴向力F_337
• 2.6.4. 平衡孔产生的轴向平衡力F_537-38
• 2.6.5. 离心泵轴向力F的理论计算38
• 2.7 本章小结38-39
• 第3章 离心泵内部流动的数值模拟39-53
• 3.1 计算模型及网格划分39-42
• 3.1.1 三维几何建模39-40
• 3.1.2 网格的划分40-42
• 3.2 数学模型的建立42-49
• 3.2.1 控制方程42-44
• 3.2.2 湍流模型44-46
• 3.2.3 控制方程的离散46
• 3.2.4 流场数值计算的求解46-49
• 3.2.5 动静耦合模型的选取49
• 3.3 计算模型边界条件的设置49-51
• 3.3.1 进口边界条件49-50
• 3.3.2 出口边界条件50
• 3.3.3 壁面以及交界面条件50
• 3.3.4 流体域条件50
• 3.3.5. 求解与初始化50-51
• 3.3.6 计算收敛性的判定51
• 3.4 FLUENT后处理51-52
• 3.5 本章小结52-53
• 第4章 结果及分析53-65
• 4.1 数值模拟与实验测量结果的对比53-56
• 4.2 浮动叶轮轴向位移量与扬程的关系56-58
• 4.3 浮动叶轮轴向位移量与轴向力的关系58-60
• 4.4 模拟结果60-64
• 4.4.1 流线分布60-64
• 4.5 本章小结64-65
• 总结与展望65-67
• 总结65-66
• 展望66-67
• 参考文献67-72
• 致谢72-73
• 附录A 攻读学位期间发表的学术论文目录73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：441520