離心泵關(guān)死點(diǎn)性能的研究.pdf

1、隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代很多離心泵的設(shè)計(jì)都對(duì)關(guān)死點(diǎn)性能提出了越來越明確的要求，比如核電用泵、艦船用泵和可再生能源泵等。由于傳統(tǒng)離心泵設(shè)計(jì)對(duì)于關(guān)死點(diǎn)性能一般不予考慮，導(dǎo)致目前有關(guān)離心泵關(guān)死點(diǎn)性能的研究相當(dāng)缺乏。因此，迫切需要開展離心泵關(guān)死點(diǎn)性能的研究以豐富和發(fā)展現(xiàn)代離心泵設(shè)計(jì)理論和方法。本文在國家自然科學(xué)基金(51079062、51109095)的資助下，采用理論分析、數(shù)值計(jì)算與試驗(yàn)測(cè)試相結(jié)合的方法對(duì)離心泵關(guān)死點(diǎn)的特性進(jìn)行了較為系統(tǒng)的

2、研究，主要工作和創(chuàng)造性成果有:
　　 1.較為系統(tǒng)地總結(jié)了離心泵關(guān)死點(diǎn)性能、內(nèi)流模擬、PIV測(cè)試、流固耦合計(jì)算、流動(dòng)誘導(dǎo)振動(dòng)以及性能預(yù)測(cè)的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)。
　　 2.首次試驗(yàn)研究了離心泵葉輪葉片出口角、葉片出口寬度、葉片數(shù)、葉片包角和葉片進(jìn)口沖角等葉輪主要幾何參數(shù)對(duì)離心泵關(guān)死點(diǎn)揚(yáng)程和關(guān)死點(diǎn)功率的影響規(guī)律，并根據(jù)各參數(shù)引起的關(guān)死點(diǎn)揚(yáng)程及關(guān)死點(diǎn)功率的變化范圍對(duì)各參數(shù)的影響大小進(jìn)行了排序。各參數(shù)對(duì)關(guān)死點(diǎn)揚(yáng)程影響從大到小的

3、順序依次為:葉片包角、葉片出口寬度、葉片數(shù)、葉片進(jìn)口沖角和葉片出口角。各參數(shù)對(duì)關(guān)死點(diǎn)功率影響從大到小的順序依次為:葉片出口寬度、葉片包角、葉片數(shù)、葉片出口角和葉片進(jìn)口沖角。
　　 3.在總結(jié)研究離心泵關(guān)死點(diǎn)揚(yáng)程計(jì)算方法的基礎(chǔ)上，以34臺(tái)離心泵關(guān)死點(diǎn)揚(yáng)程的試驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù)，采用一元非線性回歸分析方法對(duì)7種常用的離心泵關(guān)死點(diǎn)揚(yáng)程計(jì)算方法進(jìn)行了修正。實(shí)例計(jì)算表明修正后各公式的計(jì)算精度得到了明顯提高。
　　 4.首次基于BP人工神

4、經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立了離心泵關(guān)死點(diǎn)功率的預(yù)測(cè)模型，并給出了網(wǎng)絡(luò)的輸入模式和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。采用46組不同比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵結(jié)構(gòu)參數(shù)和關(guān)死點(diǎn)性能參數(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行了訓(xùn)練，采用另外3組不同比轉(zhuǎn)數(shù)的離心泵模型對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果表明網(wǎng)絡(luò)平均預(yù)測(cè)偏差為4％，具有比較高的工程應(yīng)用價(jià)值。
　　 5.建立了離心泵關(guān)死點(diǎn)內(nèi)流數(shù)值模擬方法，并對(duì)3臺(tái)不同比轉(zhuǎn)數(shù)的離心泵在關(guān)死點(diǎn)工況下的內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行了全流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算，基于數(shù)值模擬結(jié)果預(yù)測(cè)了各模型泵關(guān)死點(diǎn)揚(yáng)程以及各模型泵

5、過流部件內(nèi)的流動(dòng)結(jié)構(gòu)與壓力脈動(dòng)規(guī)律。研究結(jié)果表明:(1)各模型關(guān)死點(diǎn)揚(yáng)程預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)值偏差均在5％以內(nèi)，這說明提出的數(shù)值模擬方法是基本正確的;(2)葉輪內(nèi)不穩(wěn)定流動(dòng)對(duì)進(jìn)口管路內(nèi)流的影響距離約為管徑的10倍;葉頻對(duì)進(jìn)口管路壓力脈動(dòng)基本沒有影響，軸頻對(duì)進(jìn)口管路內(nèi)壓力脈動(dòng)有影響但比較小:(3)在關(guān)死工況下，隨著比轉(zhuǎn)數(shù)的增加葉輪出口處的漩渦面積比例有逐漸減小的趨勢(shì)，而葉輪進(jìn)口的漩渦面積比例有逐漸增大的趨勢(shì)，同時(shí)葉輪出口的“射流-尾跡”現(xiàn)象也越來

6、越明顯;軸頻對(duì)葉輪進(jìn)口壓力脈動(dòng)影響較大，葉輪出口的壓力脈動(dòng)則受葉頻的影響較大;蝸殼內(nèi)各點(diǎn)的壓力脈動(dòng)最大幅值都是出現(xiàn)在葉頻處，這說明動(dòng)靜干涉對(duì)蝸殼內(nèi)的壓力脈動(dòng)有著較大的影響;(4)出口管路內(nèi)各點(diǎn)壓力脈動(dòng)曲線基本一致，各曲線波峰波谷數(shù)與各模型葉片數(shù)相等，同時(shí)其最大幅值均出現(xiàn)在葉頻處。
　　 6.對(duì)一比轉(zhuǎn)數(shù)為65的離心泵關(guān)死點(diǎn)內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行了PIV測(cè)試，并將內(nèi)流測(cè)試結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)對(duì)比。對(duì)比結(jié)果表明除葉輪進(jìn)口附近流場(chǎng)外，PI

7、V試驗(yàn)測(cè)得的內(nèi)流場(chǎng)與數(shù)值模擬計(jì)算得到的內(nèi)流場(chǎng)都較為一致;葉輪進(jìn)口流場(chǎng)的差異很有可能是PIV示蹤粒子沉降而導(dǎo)致的。
　　 7.對(duì)一比轉(zhuǎn)數(shù)為46.2的離心泵關(guān)死點(diǎn)工況下的結(jié)構(gòu)場(chǎng)和內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行了流固耦合數(shù)值計(jì)算，對(duì)比了流固耦合前后關(guān)死點(diǎn)揚(yáng)程預(yù)測(cè)精度和泵內(nèi)流場(chǎng)分布的差異，并詳細(xì)分析了葉輪的結(jié)構(gòu)變形。研究結(jié)果表明:(1)考慮流固耦合作用后關(guān)死點(diǎn)揚(yáng)程的預(yù)測(cè)精度有所提高;(2)考慮流固耦合作用后葉輪內(nèi)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的壓力脈動(dòng)現(xiàn)象呈現(xiàn)出明顯的周期性且脈

8、動(dòng)幅度也明顯增大;(3)葉輪蓋板上越靠近隔舌的區(qū)域，其位移變形和等效應(yīng)力越大;各葉片的位移變形從進(jìn)口到出口逐漸增大，但各葉片的等效應(yīng)力最大值并不在葉片出口邊。
　　 8.采用加速度傳感器對(duì)一比轉(zhuǎn)數(shù)為65的離心泵關(guān)死工況下的流動(dòng)誘導(dǎo)振動(dòng)進(jìn)行了測(cè)試，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)分析。試驗(yàn)結(jié)果表明:(1)軸向振動(dòng)加速度脈動(dòng)呈現(xiàn)一定的弱周期性規(guī)律，徑向振動(dòng)加速度脈動(dòng)沒有任何周期性;(2)蝸殼隔舌處的振動(dòng)加速度脈動(dòng)幅值最大;(3)各測(cè)點(diǎn)的最大振