轴流泵反转作液力透平性能的研究

发布时间：2020-06-12 14:50

【摘要】：在石油、化工、海水淡化等工业流程中,存在大量高压液体可以回收利用。泵反转作液力透平作为一种能量回收装置,具有价格低廉、结构简单、体积小等优点。目前国内外对泵作透平的研究主要集中在离心泵反转,然而在化工流程工业中仍然有一些大流量、低压头的液体余压能量,这些余压能利用轴流泵反转作液力透平回收更合适。本文以某公司生产的ZQ2870C-4型轴流泵为研究对象,首先通过CFD数值模拟的方法,模拟该泵在叶片安装角为0°时的外特性曲线,并与原出厂实验数据对比,发现在设计工况附近泵扬程、效率的误差均小于3%,证明数值模拟策略的可行。然后对该泵反转作透平时在不同流量下进行数值模拟计算,找到透平工况时的最优工况点,得到该泵反转作透平时两者在最优工况下的压头/扬程、流量和效率换算系数,并以此为基础研究了叶轮叶顶间隙、叶片数对该轴流泵反转作透平时性能的影响。本文的主要研究内容和结果如下:1.采用数值模拟的方法对该泵反转作透平时在不同流量下进行数值模拟计算,根据模拟的结果得到透平压头-流量、功率-流量和效率-流量曲线,发现透平最优工况点在泵设计流量的1.1倍处,即流量为1.989m~3/s处,这时透平的压头为12.96m,效率为80.4%,两者在最优工况点下压头/扬程换算系数为K_h(28)H_tH_p=1.5,流量换算系数为K_q(28)Q_tQ_p=1.1,效率换算系数为K_η(28)η_tη_p=0.96。2.为了研究叶顶间隙对轴流泵反转作液力透平性能的影响,在叶片不变的情况下,分别取0.65mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm五种不同的叶顶间隙,对研究对象在透平工况下进行数值模拟计算,由数值模拟的结果发现:叶顶间隙对该泵反转作透平的压头-流量、功率-流量曲线影响较小。根据模拟计算结果绘制出透平最优工况下压头、功率和效率随叶顶间隙的变化曲线,由该曲线发现:当叶顶间隙在1.65mm左右时,该泵反转作液力透平的效率最高,达到81.2%。3.为了研究叶片数对轴流泵反转作液力透平性能的影响,利用三维造型软件在与原型泵相同的设计参数下分别设计3叶片、5叶片的轴流泵。采用数值模拟的方法对原4叶片轴流泵和设计的3叶片、5叶片轴流泵反转作透平进行数值模拟计算,对模拟结果整理分析发现:叶片数不影响该泵反转作透平时最优工况点的位置,但当叶片数为5时,透平的压头下降了0.77m,效率提高了2.4%。
【图文】：

轴流泵,过流部件,空间运动,叶轮

图 2.1 轴流泵基本过流部件的流动是一种复杂的空间运动在轴流泵叶轮中的运动时，常示圆周方向， z 表示泵的轴线设流泵叶片时提出圆柱层无关性相关，液体质点在以泵轴线为运动互不相关，在叶轮的流域轮内液流复杂的流动简化为研柱流面，，每个流面上流动可能彻一个流面的流动，其他流面中圆柱流面上的流动是一种

进口速度,三角形,轴流泵,速度三角形

图 2.2 轴流泵进口速度三角形口速度三角形6011Dnu ，进口前轴面速度 hvmDdQv 2204 究圆柱流面的直径；积效率， 0.96~0.99v 。度u1v 由吸入条件决定，通常 01 uv 。口速度三角形 u u1，mmmv v v21，ugHuvvTuu12 式叶轮叶栅进、出口圆周速度相等，可以把叶栅前后轴流泵叶轮叶栅前后相对速度的几何平均速度称为无 w 表示，由速度三角形可知：2221222122 uumuumvvvuwww v
【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】：TE65;TQ051.21

【参考文献】