含沙水流下双吸泵叶片磨损及蜗壳内压力脉动特性分析

【摘要】由于一些沿黄泵站输送的均为含沙水流,因此按照输送清水介质设计的离心泵在实际工作环境中,不仅会造成过流部件的磨损,甚至穿孔,而且会加剧蜗壳内部的压力脉动,进而影响离心泵的稳定运行,产生振动和噪音,长此以往,不但会降低离心泵的效率,也会缩短离心泵的使用寿命,造成极大的经济损失。因此本文在通过对输送清水介质进行试验和数值模拟的基础上,又在固液两相介质下对双吸离心泵进行了数值模拟,主要研究叶轮叶片的磨损和蜗壳内部压力脉动特性。本课题以S150-365型单级双吸离心泵为研究对象,采用Euler多相流模型和RNGk-ε湍流模型,并结合SIMPLEC算法,分别在清水和固液两相介质下,开展了该双吸离心泵全流道数值模拟,研究了在不同固相体积分数和不同颗粒直径下双吸离心泵叶片磨损程度和蜗壳内部各监测点压力脉动的变化情况。研究内容与取得的成果如下：1、对模型泵进行了全流道定常数值模拟计算,并对其性能进行验证。2、在叶片中间流线设置监测点,并在不同固相体积分数和不同颗粒直径下分别提取各监测点的固相相对速度和固相浓度数据,将得到的数据代入磨损量计算公式Wsp=ρCsWms中,由此计算出叶片各监测点磨损量,从而得出叶片工作面和背面的磨损程度。3、对模型泵蜗壳各部位设置监测点,利用CFD技术对双吸离心泵在清水、固液两相介质下进行了全流道非定常数值计算,对蜗壳内压力脉动做了时域及频域分析,并将得到的结果进行对比,可以得出不同固相体积分数和不同颗粒直径对蜗壳内压力脉动的影响,以及在不同固相体积分数和不同颗粒直径下压力脉动的变化规律。4、随着粒径和固相体积分数的增加,叶片背面的固相相对速度和固相浓度较工作面高,从前盖板到后盖板固相相对速度和固相浓度逐渐增高,叶轮磨损严重部位主要在叶片背面的中后部,尤其是出口处。5、固液两相介质下的压力脉动远大于清水介质,且脉动波形滞后0.002s；随着固相体积分数的增大,蜗壳内部压力脉动逐渐增大,随着粒径的增大压力脉动有减小的趋势。蜗壳内的压力脉动主要以叶片通过频率为主,且在一倍叶频处压力脉动最大。
【作者】张楠；
【导师】刘在伦；程效锐；
【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】双吸离心泵；固液两相；磨损；压力脉动；数值模拟；

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