吸入室鼻端宽度和分流板厚度对多级离心泵空化性能的影响
发布时间：2021-11-26 19:11
在多级离心泵中,由于空化原因造成的水力学性能下降、使用寿命缩短和振动噪声问题已成为影响多级泵高效稳定运行的重要因素。为了提高多级泵的抗空化性能,泵的首级叶轮往往与次级不同,而多级泵吸入室的结构多为径向流入轴向流出,其出流质点的流动特性对首级叶轮的空化性能具有一定影响,因此分析并研究不同吸入室鼻端宽度下的多级泵水力性能和空化性能,得到最优性能下的吸水室结构,为揭示首级叶轮的空化特性和优化吸水室参数提供理论参考。本文在考虑多级泵首级叶轮空化性能的基础上,以前4级叶轮为研究对象,通过数值计算和理论分析获得了不同吸入室鼻端宽度和分流板厚度下的多级泵的性能参数,研究了不同鼻端和分流板结构下的首级叶轮流场的非定常脉动特性,主要工作包括以下几点:1.不同工况下多级离心泵性能分析通过数值计算,得到了定常状态下多级泵水力性能和空化性能随流量的变化关系,并与试验结果进行了比较,研究结果表明,泵的效率随流量的增加呈先增大后减小的变化趋势,设计工况附近存在高效率区;与小流量相比,设计流量和大流量下的多级泵首级叶轮内部流线分布较均匀,且试验结果与数值计算结果基本一致,误差在允许范围内。当流量由0.7Q...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
多级泵主要过流部件网格划分
工程硕士学位论文19何优化设计的基础，下文对多级离心泵首级叶轮的内部流场中间截面处的速度流线分布图、静压分布、湍动能分布图、空化空泡体积分数分布图以及瞬态下首级叶轮时域图和频谱分布图进行Q/Qopt=0.7、0.9、1与1.1四种不同流量工况下的对比分析。3.3.1多级离心泵轴面静压分布图3.2为多级泵设计流量工况下轴面静压分布图，由图可见，多级离心泵的环形吸入室中静压值较低，且分布较均匀，当液流从进水室进入到首级叶轮后，静压值开始增加，这是因为液流受到首级叶轮的旋转获得动能，这是机械能转化为动能的过程；然后从首级叶轮出口进入到首级导叶中，压力增大，这是动能转化为压力能的结果；随后液流进入到次级叶轮进口再到次级导叶，一级一级的传递，进行能量周期性的转化，最终进入压出室获得高压能头。泵进口与出口，每级叶轮进口处的静压值各为inp=100554Pa，1p=26377.3Pa,，2p=1078952Pa，3p=2104016Pa，4p=3113754Pa，outp=4173842Pa。由数据分析可知：泵首级叶轮进口压力比泵吸入室进口压力低，这是由于液流在环形吸入室中造成的水力损失。各级进出口压差分别为：1p=966526.7Pa，2p=810230Pa，3p=843600Pa，4p=808050Pa，由各级压差数据可以看出来，首级叶轮的进出口压力差大于次级压力差，且次级压力差值基本相等，这是因为叶轮的直径大小与叶轮对液流做功的大小成正相关，而首级叶轮外径大于次级叶轮外径1234(DDDD)，由于液流经过压出室时会出现水力损失，因此从数据可以看出末级进出压力差要比中间两级的进出口压力差稍校图3.2多级离心泵轴面静压分布图（Pa）3.3.2不同流量下多级离心泵首级叶轮流线分布图3.3能更加直观的观察多级离心泵内部液流流动的方向和流动趋势。在设计工况下首级叶轮流?
漩涡，导叶的流道均未出现明显的漩涡，说明动叶流道中液流的流动趋于紊乱，且越偏离设计流量工况，动静导叶流动的紊乱程度逐渐增大。当Q/Qopt=1.1时，如图d)所示，首级叶轮和导叶中间截面的流线方向与流道结构基本一致。另一方面，在首级叶轮流道、首级导叶流道区域均出现较少漩涡，如叶轮的两个流道出现旋涡。在一定程度上说明在设计工况附近，多级泵叶轮、导叶区域的内部流动状况较稳定。另外，多级泵首级叶轮中间截面的整体速度随流量的增大而逐渐增大。a)Q/Qopt=0.7b)Q/Qopt=0.9c)Q/Qopt=1.0d)Q/Qopt=1.1图3.3多级泵首级叶轮中间截面流线分布3.3.3不同流量下多级离心泵首级叶轮静压分布图3.4能够更加直观的观察多级泵首级叶轮及导叶内部静压及压力梯度变化。由下图可知，整体上多级泵首级叶轮中间截面的静压梯度随叶轮进口、叶轮流道、导叶流道的方向越来越大，这是因为叶轮的旋转带动液流的转动使其获得动能，这是机械能转化为动能的过程，随着液流的流动从叶轮出口到径向导叶流道，部分液流动能转化为压力能，因此首级叶轮中截面通过旋转中心沿叶轮流道径向递增分布静压值。在叶轮的五个流道内，静压梯度沿径向的扩大分布明显且较均匀，而在首级叶轮出口与导叶进口之间的区域及导叶流道内的静压梯度较不稳定。这是因为液流从首级叶轮出口流出后碰撞到首级导叶，因此在静止的导叶进口区域发生漩涡的破裂、移动、重组等不稳定流动现象。并且在各首级导叶流道的进口区域，静压分布较一致，这说明此区域的液流状态是非稳定的三维湍流流动。由图a)～d)可知，多级离心泵首级叶轮中截面的整体静压值随着流量的增加而减校a)Q/Qopt=0.7b)Q/Qopt=0.9c)Q/Qopt=1.0d)Q/Qopt=1.1图3.4多级泵首级叶轮中间截面静压分布
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同空化条件下凝水泵内压力脉动特征[J]. 顾逸平,康灿,周明明,张丽丽. 工程热物理学报. 2019(11)
[2]空化对超低比转数离心泵内压力脉动的影响研究[J]. 王聪,张永学,冀凯卓,徐畅,刘铭. 农业机械学报. 2020(01)
[3]叶片数对离心泵瞬态空化特性的影响[J]. 赵伟国,马亮亮,张舒研,咸丽霞. 热能动力工程. 2019(11)
[4]平衡鼓间隙对首级叶轮前泵腔压力及多级泵轴向力的影响[J]. 钱晨,杨从新,富友,张扬,侯凯文. 农业工程学报. 2019(02)
[5]叶片包角对离心泵空化性能的影响[J]. 牟介刚,施郑赞,谷云庆,王浩帅,赵李盼,简捷. 浙江工业大学学报. 2019(01)
[6]高压端出流条件对多级泵径向力的影响[J]. 钱晨,杨从新. 西安交通大学学报. 2019(01)
[7]离心泵回流漩涡空化的非定常特性研究[J]. 袁建平,侯敬生,付燕霞,胡纪伟,张皓阳,沈陈栋. 振动与冲击. 2018(16)
[8]对称半螺旋形吸水室对多级离心泵汽蚀性能的影响研究[J]. 秦武,陈芳芳,罗瑞祥,李志鹏. 流体机械. 2017(12)
[9]离心泵叶片表面布置障碍物抑制空化的数值模拟与实验[J]. 赵伟国,赵国寿,咸丽霞,韩向东. 农业机械学报. 2017(09)
[10]Cavitation Optimization for a Centrifugal Pump Impeller by Using Orthogonal Design of Experiment[J]. PEI Ji,YIN Tingyun,YUAN Shouqi,WANG Wenjie,WANG Jiabin. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2017(01)
硕士论文
[1]离心泵内部空化流动的数值研究[D]. 郭庆.华中科技大学 2014
[2]多级泵首级叶轮进水方式水力特性研究[D]. 耿鑫.华中科技大学 2009
本文编号：3520759
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
多级泵主要过流部件网格划分
工程硕士学位论文19何优化设计的基础，下文对多级离心泵首级叶轮的内部流场中间截面处的速度流线分布图、静压分布、湍动能分布图、空化空泡体积分数分布图以及瞬态下首级叶轮时域图和频谱分布图进行Q/Qopt=0.7、0.9、1与1.1四种不同流量工况下的对比分析。3.3.1多级离心泵轴面静压分布图3.2为多级泵设计流量工况下轴面静压分布图，由图可见，多级离心泵的环形吸入室中静压值较低，且分布较均匀，当液流从进水室进入到首级叶轮后，静压值开始增加，这是因为液流受到首级叶轮的旋转获得动能，这是机械能转化为动能的过程；然后从首级叶轮出口进入到首级导叶中，压力增大，这是动能转化为压力能的结果；随后液流进入到次级叶轮进口再到次级导叶，一级一级的传递，进行能量周期性的转化，最终进入压出室获得高压能头。泵进口与出口，每级叶轮进口处的静压值各为inp=100554Pa，1p=26377.3Pa,，2p=1078952Pa，3p=2104016Pa，4p=3113754Pa，outp=4173842Pa。由数据分析可知：泵首级叶轮进口压力比泵吸入室进口压力低，这是由于液流在环形吸入室中造成的水力损失。各级进出口压差分别为：1p=966526.7Pa，2p=810230Pa，3p=843600Pa，4p=808050Pa，由各级压差数据可以看出来，首级叶轮的进出口压力差大于次级压力差，且次级压力差值基本相等，这是因为叶轮的直径大小与叶轮对液流做功的大小成正相关，而首级叶轮外径大于次级叶轮外径1234(DDDD)，由于液流经过压出室时会出现水力损失，因此从数据可以看出末级进出压力差要比中间两级的进出口压力差稍校图3.2多级离心泵轴面静压分布图（Pa）3.3.2不同流量下多级离心泵首级叶轮流线分布图3.3能更加直观的观察多级离心泵内部液流流动的方向和流动趋势。在设计工况下首级叶轮流?
漩涡，导叶的流道均未出现明显的漩涡，说明动叶流道中液流的流动趋于紊乱，且越偏离设计流量工况，动静导叶流动的紊乱程度逐渐增大。当Q/Qopt=1.1时，如图d)所示，首级叶轮和导叶中间截面的流线方向与流道结构基本一致。另一方面，在首级叶轮流道、首级导叶流道区域均出现较少漩涡，如叶轮的两个流道出现旋涡。在一定程度上说明在设计工况附近，多级泵叶轮、导叶区域的内部流动状况较稳定。另外，多级泵首级叶轮中间截面的整体速度随流量的增大而逐渐增大。a)Q/Qopt=0.7b)Q/Qopt=0.9c)Q/Qopt=1.0d)Q/Qopt=1.1图3.3多级泵首级叶轮中间截面流线分布3.3.3不同流量下多级离心泵首级叶轮静压分布图3.4能够更加直观的观察多级泵首级叶轮及导叶内部静压及压力梯度变化。由下图可知，整体上多级泵首级叶轮中间截面的静压梯度随叶轮进口、叶轮流道、导叶流道的方向越来越大，这是因为叶轮的旋转带动液流的转动使其获得动能，这是机械能转化为动能的过程，随着液流的流动从叶轮出口到径向导叶流道，部分液流动能转化为压力能，因此首级叶轮中截面通过旋转中心沿叶轮流道径向递增分布静压值。在叶轮的五个流道内，静压梯度沿径向的扩大分布明显且较均匀，而在首级叶轮出口与导叶进口之间的区域及导叶流道内的静压梯度较不稳定。这是因为液流从首级叶轮出口流出后碰撞到首级导叶，因此在静止的导叶进口区域发生漩涡的破裂、移动、重组等不稳定流动现象。并且在各首级导叶流道的进口区域，静压分布较一致，这说明此区域的液流状态是非稳定的三维湍流流动。由图a)～d)可知，多级离心泵首级叶轮中截面的整体静压值随着流量的增加而减校a)Q/Qopt=0.7b)Q/Qopt=0.9c)Q/Qopt=1.0d)Q/Qopt=1.1图3.4多级泵首级叶轮中间截面静压分布
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同空化条件下凝水泵内压力脉动特征[J]. 顾逸平,康灿,周明明,张丽丽. 工程热物理学报. 2019(11)
[2]空化对超低比转数离心泵内压力脉动的影响研究[J]. 王聪,张永学,冀凯卓,徐畅,刘铭. 农业机械学报. 2020(01)
[3]叶片数对离心泵瞬态空化特性的影响[J]. 赵伟国,马亮亮,张舒研,咸丽霞. 热能动力工程. 2019(11)
[4]平衡鼓间隙对首级叶轮前泵腔压力及多级泵轴向力的影响[J]. 钱晨,杨从新,富友,张扬,侯凯文. 农业工程学报. 2019(02)
[5]叶片包角对离心泵空化性能的影响[J]. 牟介刚,施郑赞,谷云庆,王浩帅,赵李盼,简捷. 浙江工业大学学报. 2019(01)
[6]高压端出流条件对多级泵径向力的影响[J]. 钱晨,杨从新. 西安交通大学学报. 2019(01)
[7]离心泵回流漩涡空化的非定常特性研究[J]. 袁建平,侯敬生,付燕霞,胡纪伟,张皓阳,沈陈栋. 振动与冲击. 2018(16)
[8]对称半螺旋形吸水室对多级离心泵汽蚀性能的影响研究[J]. 秦武,陈芳芳,罗瑞祥,李志鹏. 流体机械. 2017(12)
[9]离心泵叶片表面布置障碍物抑制空化的数值模拟与实验[J]. 赵伟国,赵国寿,咸丽霞,韩向东. 农业机械学报. 2017(09)
[10]Cavitation Optimization for a Centrifugal Pump Impeller by Using Orthogonal Design of Experiment[J]. PEI Ji,YIN Tingyun,YUAN Shouqi,WANG Wenjie,WANG Jiabin. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2017(01)
硕士论文
[1]离心泵内部空化流动的数值研究[D]. 郭庆.华中科技大学 2014
[2]多级泵首级叶轮进水方式水力特性研究[D]. 耿鑫.华中科技大学 2009
本文编号：3520759
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