离心泵叶轮切割对泵性能及其蜗壳内部流场影响的数值研究

【摘要】双吸离心泵的应用非常广泛,不论是在工厂、矿山、城市给水排水还是农田排灌中都有它的影子。与单吸泵相比,它有较大的流量、较好的吸入性能；与混流泵比,它有较高的扬程。一般来说,当泵的性能不满足要求而需要通过切割解决时,基本上平切叶轮外径就可以满足要求；但是,在工程中实际应用的时候,对某些中、高比转速双吸离心泵的叶轮外径进行平切后,通过试验发现虽然扬程下降了,可是功率基本没有下降,这就说明泵的效率下降太多,针对这种情况,研究人员将其叶轮外径进行了V切,发现泵的功率下降较多,效率较高,这就表明V切可以改善某些中、高比转速泵的性能；另外,实际应用中为了减弱双吸泵的振动、噪声,减小泵内的压力脉动,将双吸泵叶轮两侧叶片交错布置一定角度是一种较好的方式。所以,为了考证工程实践的结果,本文以不同比转速的两个大型双吸离心泵为研究对象,对原模型的全流道进行了数值模拟并根据模拟结果对泵的性能及蜗壳内部流场进行了分析,然后将中、高比转速泵的叶轮外径进行了等量的三次平切和V切,并将模拟结果进行了对比；最后,选择了中比转速泵原模型和其中的两个切割模型,研究了设计工况下蜗壳内部压力脉动的变化情况,并探究了将该双吸泵叶轮两侧叶片交错布置不同角度对泵蜗壳内部压力脉动的影响,并得到了以下结论：1.两中、高比转速泵的原模型在各工况下的模拟扬程和效率都高于试验结果,这主要是由于数值模拟的环境比较理想,不考虑各种损失；提取了两泵蜗壳内各断面的速度矢量图,发现两泵蜗壳内均存在旋涡,这会造成一定的能量损失。2.和原模型相比,当对叶轮外径进行平切时,中、高比转速泵的扬程、效率、功率都在下降,但高比转速泵的效率下降比高于中比转速泵的效率下降比,而功率下降比低于中比转速泵,这就说明平切后两泵性能都比原模型差,只是高比转速泵性能变差程度更严重一些；和原模型相比,V切时,中、高比转速泵的扬程、功率也在下降,而对于效率而言,中比转速泵效率下降,高比转速泵效率升高,这就说明V切改善了高比转速泵的性能；对任意一比转速泵而言,平切时扬程、效率低于V切,功率高于V切,这表明两种比转速泵的V切效果都比平切好,V切更适合高比转速泵。这种结果也印证了实际工程应用中所得到的结论。3.在蜗壳的内部流场方面,通过对比得到两种比转速泵切割叶轮外径后蜗壳中的旋涡仍然存在,通过断面的速度矢量图可以看到,平切时蜗壳内部旋涡的形态比原模型更紊乱一些,V切可以改善涡的形态。4.所选择的中比转速泵蜗壳内主要存在轴频和叶频脉动及其它们的倍频脉动,切割后的模型蜗壳内压力脉动幅值低于原模型,这是由于叶轮与隔舌之间间隙增大的缘故；将该双吸泵叶轮两侧叶片交错布置可以有效降低蜗壳内压力脉动,而且较大交错度数比较小交错度数降低该泵蜗壳内压力脉动的效果更好,尤其可以减弱叶轮和静止、非对称的压水室之间动静干涉作用产生的叶频压力脉动；出口处由于扩散管的缓冲与稳流作用,压力脉动小于其它地方；对同一模型来说,不同位置的测点的压力脉动时域、频域特征几乎相同。
【作者】薛亚丽；
【导师】赵万勇；
【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；数值模拟；蜗壳；旋涡；切割方式；压力脉动；

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