基于葉輪相位交錯多級離心泵流場非定常特性研究.pdf

1、多級離心泵是將多臺單級離心泵串聯(lián)起來，整合成為一個整體，即節(jié)約了泵占用的空間，也改善了泵運行維護的成本，廣泛應(yīng)用于水利、化工、石油、反滲透海水淡化以及核電等領(lǐng)域。但串聯(lián)成為整體后不僅增加了整個系統(tǒng)的復(fù)雜性，使得多級離心泵的設(shè)計難度增加。
　　多級離心泵的內(nèi)部流場比單級離心泵復(fù)雜得多，容易產(chǎn)生較大的壓力脈動，主要是由于葉片與隔舌或?qū)~產(chǎn)生動靜干涉致使壓力脈動的產(chǎn)生。內(nèi)部干涉激勵的存在往往會對泵體各部分的疲勞強度產(chǎn)生不利的影響，因此了

2、解多級離心泵內(nèi)部流場的流動特性對該類型泵的設(shè)計具有積極的指導(dǎo)意義。
　　本文建立了四組模型方案，以便對多級離心泵的內(nèi)部流場和轉(zhuǎn)子受力進行數(shù)值模擬研究。方案A為順序布置的六級離心泵，葉輪相位不交錯；方案B為順序布置的六級離心泵，葉輪相位交錯一個流道相位的1/2；方案C為順序布置的六級離心泵，葉輪相位交錯一個葉輪流道的1/(Z-1)(Z為葉輪葉片數(shù))；方案D為葉輪順序布置的六級離心泵，葉輪相位交錯一個正導(dǎo)葉流道的1/(Z-1)(Z葉輪

3、為葉片數(shù))。通過數(shù)值模擬及分析，得到如下的結(jié)論：
　　1.通過非定常計算結(jié)果得到不同方案的外特性，四個方案的外特性相差不大；但不同方案的外特性的特征量非定常特性出現(xiàn)比較大的變化，在不同流量下的揚程、效率、軸功率變化規(guī)律和變化趨勢各異。在0.6Qd、1.0Qd工況下方案B的內(nèi)部激勵疊加效果優(yōu)于方案A；在1.4Qd工況下內(nèi)部干涉激勵強度在減弱，葉輪相位交錯影響了該工況下?lián)P程波動的主頻。效率變化在設(shè)計工況下的波動幅值最大，在偏工況條件下

4、方案B、C的效率的波動情況相對比較理想。通過對軸功率的非定常變化比較，在三個工況條件下方案B、C的軸功率波動比較穩(wěn)定，在大流量工況下方案B的非定常軸功率變化最穩(wěn)定。葉輪相位的改變對外特性特征量是有一定的影響的，外特性的變化是由內(nèi)部干涉激勵引起的，外特性的變化情況一定程度上反應(yīng)出內(nèi)部的干涉激勵疊加變化情況。其中揚程的非定常變化規(guī)律和出口處的壓力脈動變化規(guī)律存在高的相似度。
　　2.通過對前導(dǎo)葉和后導(dǎo)葉流道中監(jiān)測點的壓力脈動情況分析發(fā)

5、現(xiàn)，前導(dǎo)葉流道內(nèi)的流體主要脈動是受到導(dǎo)葉前的葉輪葉片的擾動作用，在后導(dǎo)葉流道中的流體同時受到前一級葉輪葉片和下一級葉輪葉片共同作用，前后兩級葉輪形成兩個干擾源同時對后導(dǎo)葉留到內(nèi)的流體產(chǎn)生干擾。在對內(nèi)部流場流動分析中發(fā)現(xiàn)，在靠近前一級葉輪出口處的正導(dǎo)葉的主要脈動是受到前一級葉輪出口葉片的擾動引起的，在反導(dǎo)葉流道中的流體同時前一級葉輪出口葉片和下一級葉輪葉片進口共同作用引起壓力變化。對出口延伸段各監(jiān)測點的壓力變化分析發(fā)現(xiàn)，方案B、C、D三個

6、方案的隨著流量的增大壓力變化趨于穩(wěn)定，葉輪相位交錯對出口處的壓力變化起到一定的穩(wěn)定作用。在靜止部件流道中由干涉產(chǎn)生的壓力變化主要和葉片數(shù)相關(guān)，表現(xiàn)在頻域圖中就是壓力變化的主頻和葉頻相關(guān)。
　　3.葉輪相位交錯使非定常條件下的轉(zhuǎn)子受力矢量分布更集中，有效地減小轉(zhuǎn)子受到的徑向力；在0.6Qd工況下方案A徑向力大小波動頻率、徑向力極值都明顯高于其它三個方案，同時方案A、C、D的軸向力波動以低頻和1倍葉頻波動為主，方案B以低頻波動為主。在