浮動葉輪離心泵泵腔液體流動特性研究.pdf

1、軸向力是離心泵設(shè)計和運行中必須考慮的重要因素，隨著離心泵的尺寸的增大，揚(yáng)程的提高，作用在葉輪上的軸向力也會顯著增加。泵轉(zhuǎn)子部件的軸向力主要來自作用于葉輪蓋板的軸向力；而研究準(zhǔn)確描述泵腔內(nèi)液體流動特性是研究作用于葉輪蓋板的軸向力的核心問題，也是泵研究領(lǐng)域中的難題。浮動葉輪自動平衡離心泵軸向力的方法可以解決高轉(zhuǎn)速高揚(yáng)程泵的軸向力問題，是一項簡單易行極有推廣價值的新技術(shù)；但是至今未見廣泛應(yīng)用，原因在于對影響軸向力的主要因素及其產(chǎn)生的機(jī)理缺乏透

2、徹的研究和缺少理論與實踐數(shù)據(jù)的支撐。而泵腔內(nèi)液體流場的存在就是產(chǎn)生泵轉(zhuǎn)子部件軸向力的主要因素，其分布、尤其是壓力分布的變化情況決定了軸向力的大小；因而，了解并準(zhǔn)確掌握泵腔內(nèi)液體流動特性及其變化規(guī)律至關(guān)重要，也是完善和推廣浮動葉輪平衡軸向力方法的關(guān)鍵。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴建立泵腔液體流道模型并提出基本假設(shè)，將泵腔液體流動視為軸對稱二維粘性層流運動，采用數(shù)量級比較法，對泵腔液體運動的 Navier-Stokes方程簡化，并進(jìn)行

3、積分求得 Navier-Stokes方程的近似解析解，推導(dǎo)出了設(shè)計工況下泵腔液體壓力數(shù)學(xué)模型。在該數(shù)學(xué)模型中，引入了勢揚(yáng)程修正系數(shù)，解決了泵腔入口液體壓力的計算問題，并給出了具體確定方法。⑵為了研究離心泵泵腔液體壓力分布特性，以IS80-50-315型離心泵為研究對象，搭建了浮動葉輪離心泵閉式實驗臺。實驗研究表明，當(dāng)工況變化時，在相同轉(zhuǎn)速和密封環(huán)間隙條件下，離心泵前、后泵腔液體壓力分布規(guī)律保持不變，其大小受到泵腔進(jìn)口液體壓力的影響。⑶在

4、后泵腔軸向間隙依次為4mm，6mm，8mm條件下，實驗得到了泵的性能和前、后泵腔液體壓力分布。結(jié)果表明，泵腔軸向間隙的大小對離心泵外特性有一定影響，且腔軸向間隙與離心泵外特性之間存在最優(yōu)匹配。泵腔軸向間隙對泵腔液體壓力分布和離心泵外特性的影響規(guī)律相同。⑷選取7個工況點，對模型泵全流道模型進(jìn)行了數(shù)值模擬。繪制出0.8Q、1.0Q、1.2Q工況下，前、后泵腔液體壓力分布曲線，并與實驗獲得的曲線進(jìn)行對比。結(jié)果表明，在額定工況下，前、后泵腔液體

5、壓力分布的模擬曲線與實驗曲線重合的較好，最大相對誤差分別為4.055％和4.751%。用整機(jī)模擬的方法能快速準(zhǔn)確的預(yù)測泵腔液體壓力的分布，可以作為替代價格昂貴、運作周期長的實驗測量的有效方法，具有較高的實用價值。⑸以泵腔流道簡化模型為研究對象，在泵腔軸向間隙為1mm，2mm，4mm，6mm，8mm時，對泵腔內(nèi)的流動進(jìn)行了數(shù)值計算。結(jié)果表明，減小泵腔軸向間隙可以降低蓋板力的大??；且在不同的轉(zhuǎn)速下，幾何相同的泵腔流道模型具有相同的壓力分布和