离心泵泵腔内液体流动特性的研究

【摘要】本文综合利用实验方法和数值模拟技术,以IS150-125-315型单级单吸离心泵为研究对象,首先开展了泵的性能测试和后泵腔液体压力测量,然后对泵整体流道进行了流场数值计算。在泵的性能和后泵腔液体压力的数值计算结果与试验测试结果基本吻合基础上,分析研究了泵在不同流量下后泵腔液体压力沿径向分布规律,后泵腔液体在相同半径角度为0°、90°、180°、270°上和在相同角度半径为110mm、130mm、155mm、162mm上的无量纲圆周和径向分速度分别沿轴向和径向分布规律。并进一步研究了平衡孔直径对离心泵性能的影响,平衡孔直径对不同流量下,后泵腔液体在相同半径角度为0°、90°、180°、270°上和在相同角度半径为110mm、130mm、155mm、162mm上的无量纲圆周和径向分速度沿轴向和径向分布规律的影响。最后进行了后密封环间隙液体泄漏量计算,研究平衡孔直径对后密封环间隙液体泄漏量的影响。结果表明：后泵腔液体压力沿径向在小于设计流量工况时,压力沿不同角度分布差异较大,沿蜗壳第七断面径向会近似呈抛物线分布,但在大于设计流量工况时,压力沿不同角度趋于相等,且呈直线分布。后泵腔液体流动存在流动核心区和液体泄漏量,流动核心区液体的无量纲的圆周分速度和径向分速度沿轴向在相同半径的圆周上变化较大,但在相同半径的径向上变化有一定的规律性,尤其是无量纲圆周分速度沿轴向几乎不变。流动核心区液体的离心力与径向压力梯度作用力大小相当,径向分速度相对较小,其表现为像刚体一样旋转。在0.8Qsp、1.0Qsp、1.2Qsp流量下泵腔沿径向距离与叶轮半径的比值r>0.7时,泵腔液体旋转角速度与叶轮旋转角速度比值k的均值为0.41、0.48、0.54。核心区液体无量纲圆周分速度沿轴向均值随着平衡孔直径的增大而增大,靠近泵盖附近的小于零的无量纲径向分速度沿轴向绝对值随着平衡孔直径的增大而增大。在同一流量工况r>0.7时,随着平衡孔直径的增大,比值k和v均趋近于恒定值。后密封环间隙内的液体泄漏量会先是随平衡孔直径的增大而增大；但平衡孔直径增大到一定值是达到最大值；其后,随着平衡孔直径的继续增大泄漏量又呈下降趋势。研究结果表明流动核心区仅是过渡区,过小的泵腔轴向间隙会造成流动核心区的不存在。后泵腔液体流动是由旋剪切流和压差流组成,可视为二维粘性层流运动。该研究内容对准确计算离心泵轴向力有着十分重要意义。
【作者】董玮；
【导师】刘在伦；
【作者基本信息】兰州理工大学，流体机械及工程，2014，硕士
【关键词】离心泵；轴向力；平衡孔；泵腔；泄漏量；

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