高比轉(zhuǎn)數(shù)混流泵

 

為了鉆研高比轉(zhuǎn)數(shù)混流泵外部流場(chǎng)的壓力脈動(dòng)狀況，采取大渦模仿方式對(duì)泵內(nèi)三維非定常湍流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模仿，通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的剖析得到了葉輪出口、葉輪出口、導(dǎo)葉兩頭和導(dǎo)葉出口4 個(gè)截面的壓力脈動(dòng)的時(shí)域和頻域狀況，討論了發(fā)生壓力脈動(dòng)的重要抉擇因素，同時(shí)也對(duì)不同流量下的壓力脈動(dòng)狀況進(jìn)行了對(duì)照。 鉆研標(biāo)明： 這4 個(gè)截面的壓力脈動(dòng)幅值從輪轂到輪緣均逐步增大； 葉輪出口截面壓力脈動(dòng)時(shí)域圖法則性不顯著，葉輪出口截面時(shí)域圖在全部周期內(nèi)浮現(xiàn)4個(gè)小周期，葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)頻率掌握著葉輪進(jìn)出口的壓力脈動(dòng)，且其影響隨著流體遠(yuǎn)離葉輪而逐步削弱； 在導(dǎo)葉兩頭截面和導(dǎo)葉出口截面，葉輪對(duì)流體壓力脈動(dòng)的影響逐步減小，壓力脈動(dòng)以低頻振動(dòng)為主，脈動(dòng)幅值也大為減小； 在不同流量下的壓力脈動(dòng)體現(xiàn)為小流量下幅值較大以及流量對(duì)重要頻率影響較小，大流量工況下壓力脈動(dòng)狀況要優(yōu)于小流量工況。

　　家喻戶(hù)曉，旋轉(zhuǎn)葉輪與靜止導(dǎo)葉的非定常時(shí)序攪擾、偏離最優(yōu)工況時(shí)葉片的出口回流、部分空化及氣蝕等因素，都會(huì)招致混流泵外部活動(dòng)涌現(xiàn)不延續(xù)性，進(jìn)而引起流場(chǎng)內(nèi)液體壓力隨時(shí)光疾速地脈動(dòng)，即涌現(xiàn)所謂的壓力脈動(dòng)景象。 壓力脈動(dòng)重大時(shí)會(huì)招致泵體振動(dòng)加劇，同時(shí)還可引發(fā)進(jìn)一步的部分空化，甚至在某些狀況下會(huì)引起機(jī)器共振，發(fā)生傷害。 因而，出于下降噪聲和進(jìn)步靜止穩(wěn)固性的須要，鉆研泵外部非定常流場(chǎng)壓力脈動(dòng)特征有偏重要的意義。

　　海內(nèi)外學(xué)者對(duì)壓力脈動(dòng)進(jìn)行了相干鉆研。 Solis等通過(guò)轉(zhuǎn)變?nèi)~輪外形和徑向尺寸，采取雷諾時(shí)均N － S 方程和SST k － w 兩相湍流模型進(jìn)行三維非定常湍流盤(pán)算，以減小壓力脈動(dòng)對(duì)離心泵的影響。Berten 等通過(guò)CFD CFX10 技巧和水下駐波實(shí)驗(yàn)，對(duì)多級(jí)離心泵內(nèi)動(dòng)態(tài)攪擾引起的三維非定常湍流進(jìn)行了盤(pán)算，得出動(dòng)態(tài)攪擾誘發(fā)壓力脈動(dòng)的特征。劉陽(yáng)等對(duì)離心泵壓力脈動(dòng)進(jìn)行了片面論述，總結(jié)了3 種不同的壓力動(dòng)。 施衛(wèi)東等對(duì)軸流泵全流場(chǎng)進(jìn)行三維非定常數(shù)值模仿和實(shí)驗(yàn)鉆研，得到軸流泵在不同工況和不同導(dǎo)葉數(shù)時(shí)外部流場(chǎng)的壓力脈動(dòng)特征。 但關(guān)于高比轉(zhuǎn)數(shù)混流泵內(nèi)壓力脈動(dòng)狀況還缺乏相干鉆研。

　　文中在三維定常湍流盤(pán)算的基本上，對(duì)模型泵進(jìn)行全流道三維非定常大渦湍流模仿，從而猜測(cè)葉輪出口、葉輪出口、導(dǎo)葉兩頭和導(dǎo)葉出口4 個(gè)截面的壓力脈動(dòng)，并應(yīng)用FFT 變換對(duì)各個(gè)盤(pán)算點(diǎn)的壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行剖析，討論混流泵全流道內(nèi)壓力脈動(dòng)發(fā)生的重要抉擇因素等，同時(shí)對(duì)不同流量下的壓力脈動(dòng)進(jìn)行對(duì)照，為理解混流泵的外部活動(dòng)供給重要實(shí)踐根據(jù)。

第一、模型基本參數(shù)及盤(pán)算區(qū)域

　　高比轉(zhuǎn)數(shù)混流泵模型泵設(shè)計(jì)參數(shù)： 流量Q =1 300 m3 ÷h； 揚(yáng)程H = 6 m； 轉(zhuǎn)速n = 1 450 r ÷min； 比轉(zhuǎn)數(shù)ns = 830。文中進(jìn)行數(shù)值模仿的模型泵的葉輪、導(dǎo)葉葉片數(shù)組合型式為4 ＋ 7（ 葉輪＋ 導(dǎo)葉） 。

第二、盤(pán)算區(qū)域

　　為模型泵的盤(pán)算區(qū)域。 進(jìn)行數(shù)值模仿盤(pán)算時(shí)，把模型泵劃分為4 個(gè)盤(pán)算區(qū)域，即喇叭管、葉輪、導(dǎo)葉、彎管部分。

模型泵的盤(pán)算區(qū)域

第三、模型泵的盤(pán)算區(qū)域

　　1） 大渦模仿活動(dòng)實(shí)踐正確地猜測(cè)了混流泵的外特征。 盤(pán)算后果與實(shí)驗(yàn)后果較吻合，這解釋大渦模仿盤(pán)算方式具備較高的精度，對(duì)鉆研壓力脈動(dòng)具備可行性。

　　2） 葉輪出口、葉輪出口、導(dǎo)葉兩頭和導(dǎo)葉出口4 個(gè)截面的壓力脈動(dòng)幅值從輪轂到輪緣都是增大的，且輪緣處的幅值是輪轂處的2 倍以上。 因而，對(duì)葉輪輪緣等相干構(gòu)造參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，是改良混流泵內(nèi)壓力脈動(dòng)特征的重要門(mén)路。

　　3） 在葉輪流道區(qū)域，壓力脈動(dòng)重要是由葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)頻率抉擇，壓力脈動(dòng)的周期與葉輪的葉片數(shù)相干，導(dǎo)葉葉片數(shù)對(duì)其無(wú)顯著影響。 隨著流體一直遠(yuǎn)離葉輪，葉輪對(duì)壓力脈動(dòng)的影響逐步減小。 這解釋葉輪出口處是影響整機(jī)運(yùn)行穩(wěn)固性的癥結(jié)，在混流泵的設(shè)計(jì)中應(yīng)予以注重。

　　4） 偏離設(shè)計(jì)工況時(shí)，壓力脈動(dòng)顯著增大，且小流量工況下增幅大于大流量工況。 因而，混流泵應(yīng)盡量防止在偏離設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行。