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時間:2017-10-26 14:27:00   來源:本網   添加人:admin

脉动时空彩游棋牌游 www.mjrgi.com   隨著離心泵機組向高速化發展,對離心泵的汽蝕性能要求基金項目:國家自然基金(50979034);江蘇省高校自然科學研究項越來越高,而在主葉輪前加裝誘導輪,可以有效提高其抗汽蝕性能己成為國內學者的共識。

  為了進一步提高誘導輪性能,諸多學者在各個方面進行了更為深入地研究誘導輪的汽蝕性能和揚程,誘導輪與泵主葉輪在結構和能量方面的匹配,誘導輪內流場CFD分析56,誘導輪的應力及強度分析以及變螺距誘導輪的水力設計方法等。加裝誘導輪對提高高速離心泵汽蝕性能有明顯作用,但是也應考慮誘導輪的使用條件與缺點。泵內的壓力脈動和徑向力是離心泵產生振動和不穩定的重要原因之帶誘導輪流童揚程一,因此研究誘導輪對高速離心泵內的壓力脈動和徑向力的影響對提高高速泵的可靠性有重要意義。

  本文通過數值模擬研究加裝變螺距誘導輪和無誘導輪的兩個高速離心泵模型內的壓力脈動和徑向力分布,分析誘導輪對高速離心泵內流場及性能的影響,并對造成這些影響的原因進行研究,對高速離心泵的可靠性的提高有指導意義。

  1計算模型及數值計算方法l.i模型泵性能與主要結構參數=7600rpm,葉片數Z為6長6短,葉片出口直徑A=100mm,葉輪出口寬度=4mm,葉輪進口直徑A=32mm. 1.2變螺距誘導輪的參數變螺距誘導輪設計在很大程度上是取決于經驗,其設計方法可見并且要符合模型泵的實際結構。表1是該模型泵的變螺距誘導輪的主要性能參數。是該誘導輪的三維模型。

  表1誘導輪主要性能參數Tab.參數數值參數數值葉片數進口輪轂比軸向長度/mm出口輪轂比輪緣直徑/mm輪緣間隙/mm葉柵稠密度變螺距誘導輪三維模型1.3數值計算方法及監測點定位采用有限體積法進行離散求解,利用ANSYSCFX12.0全隱式耦合多網格線性求解器,采用SS丁模型,對所有變量整場聯立求解,同時求解連續方程和動量方程組。采用ICEM-CFD軟件對模型進行前處理得到四面體混合網格。非定常計算采用總壓進口,速度出口作為邊界條件,固體壁面為無滑移邊界條件。給定固體壁面粗糙度為0.0125mm,可以提高預測的準確性。

  葉輪旋轉5個周期,總計算時間0.039 47s,葉輪每轉3°作由對于清水離心泵內壓力脈動的研究可知離心泵內的壓力脈動主要是由葉輪與蝸殼動靜干涉產生的尤其是在隔舌處最顯著。為了研究蝸殼內的壓力脈動變化情況,在蝸殼隔舌處設置監測點負,在蝸殼出口處設置外點,這樣可以通過監測這些點的壓力脈動變化情況可以知道高速離心泵內壓力脈動分布。在葉輪進口處設置監測點辦、外和用以監測葉輪進口處的壓力變化情況。各監測點位置分布見。

  2結果與分析1兩種模型泵的性能預測針對有誘導輪和無誘導輪兩種情況,基于不同工況下的模擬結果,預測獲得兩種高速離心泵模型外特性曲線如所示。從可見,加裝變螺距誘導輪之蝸殼內監測點分布后,泵的揚程較無誘導輪的有所Fig2IndiCatrPinSS提高,說明變螺距誘導輪做功增高速泵的揚程。通過兩個模型泵效率曲線的比較,加裝變螺距誘導輪之后,模型泵效率降低,這個現象與中發現的加裝等螺距誘導輪對離心泵效率下降現象基本一致,說明變螺距誘導輪和等螺距誘導輪都是軸流式葉輪,雖然翼型有所不同但都具有軸流葉輪相同的特點。從效率曲線中可以看到隨著流量的增加有誘導輪模型泵效率與無誘導輪模型泵下降越大,說明隨著流量增大軸流誘導輪效率下降,導致帶誘導輪模型泵效率也有所降低。

  輪流童揚程流最預測得到的兩種模型泵的外特性曲線2.2葉輪進口的壓力脈動對比分析是有誘導輪和無誘導輪高速離心泵模型的葉輪進口各監測點在流量Q、0.7Q、1.4Q下的時域圖。

  非定常計算是在定常計算的基礎上進行的,中各個監測點在不同流量下的時域圖的橫坐標為時間,縱坐標為監測點在各個流量下的靜壓值。

  由可知,無論是否有誘導輪,隨著流量增大高速離心泵葉輪進口的壓力隨之降低,這與離心泵在大流量工況下,其抗汽蝕性能降低相符合。在各個流量下,有誘導輪的離心泵的進口壓力均大于無誘導輪的高速離心泵,并且壓力變化曲線較平緩。

  這說明誘導輪產生的揚程使葉輪進口能量增加,葉輪進口壓力增大,從而提高泵的抗汽蝕性能,達到了誘導輪的設計目的。無誘導輪泵葉輪進口的壓力波動比有誘導輪葉輪進口更為明顯,說明誘導輪能改善葉輪進口的流動狀況,使葉輪進口的流場更加均勻,減少能量消耗,提高泵的性能及抗汽蝕性能。

  2.3蝸殼內的壓力脈動分析是兩種模型泵隔舌處的壓力脈動時域圖。通過可知兩種模型泵隔舌處的壓力脈動波形都呈現出明顯的周期性,無誘導輪泵隔舌處的壓力小流量下平均值最大。而有誘導有、無誘導輪葉輪進口壓力脈動的時域圖輪泵隔舌處壓力平均值在大流量工況下最小,小流量下平均值最大,與一般無誘導輪泵的壓力變化規律相同。通過對比分析可知,高速離心泵在加裝誘導輪之后,在小流量工況下由于誘導輪做功增加了葉輪進口能量使泵內的壓力增大,而大流量下誘導輪做的功與葉輪做功相比只占很小的比例,對泵內的壓力變化影響不大。

  隔舌處壓力脈動時域圖是隔舌監測點在流量0. 4Q下的頻譜圖。頻譜圖具有兩個重要意義,一是從時域的波形中分解出各個頻率所含有震動成分大小,從中可以獲得波形的卓越震動頻率;另一個重要的意義是將時域的波形轉換到頻域,或將頻域的信號返回到時域。因此對于本文可以從時域圖中分析出頻譜圖,利用頻譜圖分析出造成泵內壓力波動的卓越頻率,從而找出壓力波動主要影響因數,卓越頻率為幅值最大點對應的頻率。參照中有無誘導輪兩種模型泵隔舌處壓力脈動的頻域圖,隔舌處壓力脈動的頻率主要是分布在3099HZ以下區域,而更高頻區域影響較小。各個工況下,隔舌監測點的卓越頻率即主頻都在7602和1520HZ左右,這剛好等于軸頻與長葉片和總葉片數的乘積。在760HZ下,無誘導輪監測點的幅值要遠小于有誘導輪隔舌監測點,而在設計和大流量工況下無誘導輪監測點要稍大于有誘導輪泵的隔舌監測點,且同一模型泵在此頻率下得幅值隨流量增大而增大。15202下,同一模型泵的幅值變化均不大,而有誘導輪的監測點的幅值要小于無誘導輪離心泵監測點。

  和分別是兩個模型泵蝸殼出口處的壓力脈動時域和頻域特征圖。由可知在不同流量下,有和無誘導輪模型泵蝸殼出口監測點的壓力隨時間周期性脈動明顯。加裝誘導輪,設計工況下出口壓力降低,小流量下壓力升高。由可知有無誘導輪蝸殼出口的主要頻率都是長、短葉片和總葉片數通過頻率,有誘導輪高速泵蝸殼出口監測點的脈動幅值均比無誘導輪蝸殼出口有所降低,說明加裝誘導輪能有效改善蝸殼出口的脈動情況。

  蝸殼出口壓力脈動時域特征圖Fig.蝸殼出口壓力脈動頻域特征。4葉輪徑向力分析是作用在葉輪上的徑向力時域分布圖。從可以看出葉輪受到的徑向力與泵內的壓力脈動相似都呈現出明顯的周期性波動,且有和無誘導輪徑向力隨時間變化趨勢基本一致。

  通過對中兩種模型泵葉輪受到的徑向力做統計分析得到表2.(a>有誘導輪有、無誘導輪高速離心泵葉輪徑向力時域圖Fig.表2有無誘導輪模型泵作用在葉輪徑向力Tab.流量有誘導輪葉輪徑向力無誘導輪葉輪徑向力均值最大值均值最大值由表2可知,無論有、無誘導輪設計工況下葉輪所受的徑向力均最小,大流量工況下徑向力要大于小流量工況下的徑向力,這與中離心泵葉輪上的徑向力變化規律相似。

  但是加裝誘導輪之后,設計工況和小流量下葉輪受到的徑向力的均值與最大值都比無誘導輪模型泵稍大,其中設計工況下,均值和最大值分別增大15.13%和18.4%,這說明高速離心泵在加裝誘導輪之后,葉輪上的徑向力會變大,表明葉輪內的壓力比無誘導輪情況增大與誘導輪產生揚程提高葉輪進口能量的作用相符。

  是兩個模型泵葉輪受到的徑向力矢量分布圖。軸正半軸朝下是為了與三維造型軸方向一致,圖中某一點的矢量坐標代表了某一時刻徑向力的大小和方向??梢鑰闖霾煌た魷掠瀉臀抻盞悸質弊饔迷諞堵稚系木斷蛄Υ笮『頭較蚴笨潭莢詒浠擅饜塹鬧芷諦怨媛?。有和無誘導輪的葉輪上的徑向力沿著軸對稱分布。從矢量分布圖可以知道葉輪旋轉一圈內任意時刻徑向力的方向、大小及隨著葉輪旋轉的變化情況。

  3結論通過分析有誘導輪和無誘導輪兩種模型泵外特性、葉輪進口壓力脈動特性、蝸殼內壓力分布及作用在葉輪上的徑向力分布情況可以得到以下結論:通過比較分析葉輪進口壓力瞬態變化情況,有變螺距誘導輪的葉輪進口壓力均值在各個工況下要比無誘導輪的葉輪進口壓力要大,說明變螺距誘導輪可以有效提高高速離心泵0不同工況下有、無誘導輪高速離心泵葉輪徑向力矢量分布圖的汽蝕性能。并且變螺距誘導輪產生的揚程增加了葉輪的能量使高速泵揚程提升,但是隨著流量的增大軸流式誘導輪本身的效率降低使得整個模型泵的效率也隨之降低。

  通過分析帶誘導輪和無誘導輪壓力脈動的頻域分析,說明離心泵內壓力脈動產生均主要是由于葉輪和蝸殼動靜干涉產生,且主頻與葉頻相一致。增加誘導輪對離心泵內的壓力脈動頻率影響不大,但是小流量下幅值增大而設計流量和大流量工況下則幅值降低。

  有和無誘導輪模型泵葉輪受到的徑向力在設計工況下葉輪徑向力最小,大流量工況下徑向力要大于小流量下的徑向力。加裝誘導輪之后,設計工況和小流量下葉輪受到的徑向力的均值與最大值都比無誘導輪模型泵增大,其中設計工況下,均值和最大值分別增大15.13%和18.4%.口