壓力梯度對離心泵葉輪性能影響的研究.pdf

1、離心泵葉輪流道內的壓力梯度是影響速度場分布的重要因素，而速度場的分布直接決定了葉輪性能的高低，因此在葉輪的水力設計中需考慮壓力梯度對流動的影響。本文采用理論分析與數(shù)值計算相結合的方法研究了壓力梯度對離心泵葉輪性能的影響。
　　首先從理論上闡述了無壓力梯度、順壓力梯度及逆壓力梯度對流動的影響，理論分析表明：不同形式的壓力梯度與流動的關系可以歸納為液體所受表面力與慣性力的相互作用問題。逆壓梯度環(huán)境下，液體所受表面力與慣性力相反，對流動

2、起阻礙作用，同時能加速邊界層分離。
　　其次應用 CFD技術，對幾種不同幾何形狀的漸擴管進行了內流場計算，從速度分布和水力損失兩方面，闡述了不同分布規(guī)律的壓力梯度對漸擴管內流動及其水力性能的影響，結果表明：漸擴管內過流面積分布是影響其內部壓力梯度分布的主要因素。壓力梯度越小，漸擴管水力性能越佳。
　　離心泵葉輪流道內壓力梯度取決于流道長度和流道內過流面積分布，改變葉片幾何參數(shù)是控制葉輪流道長度和流道內過流面積分布的最直接手段

3、。以比轉速為63的單級單吸離心泵為研究對象，以降低葉輪流道內壓力梯度為目標，通過調整葉片包角和進出口安放角的方式，研究了影響葉輪流道內壓力梯度分布規(guī)律的主要因素，以及壓力梯度與葉輪水力效率之間的關系。主要研究過程及結論如下：
　　(1)保證葉片進出口安放角不變調整葉片包角。研究發(fā)現(xiàn)：當葉片進出口安放角不變時，隨著葉片包角增加流道延長，出口與進口的過流面積比隨之增加；流道各位置上過流面積減小，均呈現(xiàn)出先減小再增加的過流面積分布規(guī)律；

4、各新設計的水力模型葉輪流道內壓力梯度分布較為相似，呈線性遞增規(guī)律；保持葉片進出口安放角不變只增大葉片包角，并不能有效改善流道內的壓力梯度分布情況；由于壁面摩擦損失增多和流道的排擠效應增強，葉輪水力效率隨包角的增加而下降；
　　(2)增大葉片包角的同時調整葉片進出口安放角。研究發(fā)現(xiàn)：葉片包角增大的同時調整葉片進出口安放角，以使葉片型線成光滑過渡，流道進一步延長，出口與進口的過流面積比隨之減??；由于流道出口過流面積顯著減小，從而產生不

5、同的過流面積分布規(guī)律；流道前部的壓力梯度基本不受影響，從流道中后部開始，隨著葉片包角的增大壓力梯度明顯降低，葉輪水力效率隨之提升；
　　(3)葉片包角不變調整葉片進出口安放角。研究發(fā)現(xiàn)：葉片包角不變時，隨著進出口安放角的減小，流道長度基本不變，出口與進口的過流面積比隨之減??；出口角對過流面積的影響遠大于進口角；隨著流道出口與進口的過流面積比減小，流道中后部壓力梯度相應降低，葉輪水力效率進一步提升。
　　通過系統(tǒng)研究表明，流道

6、壓力梯度分布是制約葉輪性能的重要因素。流道內的壓力梯度分布規(guī)律由過流面積分布規(guī)律決定，葉片包角和葉片出口安放角是影響過流面積分布規(guī)律的主要因素。在一定范圍內增大葉片包角并減小出口安放角，能夠有效降低流道中后部的壓力梯度，不僅能延緩或避免邊界層分離現(xiàn)象的發(fā)生，同時可以改善速度場分布，減小速度梯度，從而降低葉輪內的水力損失，提高葉輪效率。
　　最后，基于降低流道內壓力梯度的葉輪水力設計方法，對一臺節(jié)段式多級離心泵的首級與次級葉輪進行水