浮動(dòng)葉輪離心泵泵腔液體流動(dòng)特性研究.pdf

1、軸向力是離心泵設(shè)計(jì)和運(yùn)行中必須考慮的重要因素，隨著離心泵的尺寸的增大，揚(yáng)程的提高，作用在葉輪上的軸向力也會(huì)顯著增加。泵轉(zhuǎn)子部件的軸向力主要來(lái)自作用于葉輪蓋板的軸向力；而研究準(zhǔn)確描述泵腔內(nèi)液體流動(dòng)特性是研究作用于葉輪蓋板的軸向力的核心問(wèn)題，也是泵研究領(lǐng)域中的難題。浮動(dòng)葉輪自動(dòng)平衡離心泵軸向力的方法可以解決高轉(zhuǎn)速高揚(yáng)程泵的軸向力問(wèn)題，是一項(xiàng)簡(jiǎn)單易行極有推廣價(jià)值的新技術(shù)；但是至今未見(jiàn)廣泛應(yīng)用，原因在于對(duì)影響軸向力的主要因素及其產(chǎn)生的機(jī)理缺乏透

2、徹的研究和缺少理論與實(shí)踐數(shù)據(jù)的支撐。而泵腔內(nèi)液體流場(chǎng)的存在就是產(chǎn)生泵轉(zhuǎn)子部件軸向力的主要因素，其分布、尤其是壓力分布的變化情況決定了軸向力的大??；因而，了解并準(zhǔn)確掌握泵腔內(nèi)液體流動(dòng)特性及其變化規(guī)律至關(guān)重要，也是完善和推廣浮動(dòng)葉輪平衡軸向力方法的關(guān)鍵。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴建立泵腔液體流道模型并提出基本假設(shè)，將泵腔液體流動(dòng)視為軸對(duì)稱二維粘性層流運(yùn)動(dòng)，采用數(shù)量級(jí)比較法，對(duì)泵腔液體運(yùn)動(dòng)的 Navier-Stokes方程簡(jiǎn)化，并進(jìn)行

3、積分求得 Navier-Stokes方程的近似解析解，推導(dǎo)出了設(shè)計(jì)工況下泵腔液體壓力數(shù)學(xué)模型。在該數(shù)學(xué)模型中，引入了勢(shì)揚(yáng)程修正系數(shù)，解決了泵腔入口液體壓力的計(jì)算問(wèn)題，并給出了具體確定方法。⑵為了研究離心泵泵腔液體壓力分布特性，以IS80-50-315型離心泵為研究對(duì)象，搭建了浮動(dòng)葉輪離心泵閉式實(shí)驗(yàn)臺(tái)。實(shí)驗(yàn)研究表明，當(dāng)工況變化時(shí)，在相同轉(zhuǎn)速和密封環(huán)間隙條件下，離心泵前、后泵腔液體壓力分布規(guī)律保持不變，其大小受到泵腔進(jìn)口液體壓力的影響。⑶在

4、后泵腔軸向間隙依次為4mm，6mm，8mm條件下，實(shí)驗(yàn)得到了泵的性能和前、后泵腔液體壓力分布。結(jié)果表明，泵腔軸向間隙的大小對(duì)離心泵外特性有一定影響，且腔軸向間隙與離心泵外特性之間存在最優(yōu)匹配。泵腔軸向間隙對(duì)泵腔液體壓力分布和離心泵外特性的影響規(guī)律相同。⑷選取7個(gè)工況點(diǎn)，對(duì)模型泵全流道模型進(jìn)行了數(shù)值模擬。繪制出0.8Q、1.0Q、1.2Q工況下，前、后泵腔液體壓力分布曲線，并與實(shí)驗(yàn)獲得的曲線進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明，在額定工況下，前、后泵腔液體

5、壓力分布的模擬曲線與實(shí)驗(yàn)曲線重合的較好，最大相對(duì)誤差分別為4.055％和4.751%。用整機(jī)模擬的方法能快速準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)泵腔液體壓力的分布，可以作為替代價(jià)格昂貴、運(yùn)作周期長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量的有效方法，具有較高的實(shí)用價(jià)值。⑸以泵腔流道簡(jiǎn)化模型為研究對(duì)象，在泵腔軸向間隙為1mm，2mm，4mm，6mm，8mm時(shí)，對(duì)泵腔內(nèi)的流動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算。結(jié)果表明，減小泵腔軸向間隙可以降低蓋板力的大小；且在不同的轉(zhuǎn)速下，幾何相同的泵腔流道模型具有相同的壓力分布和