论文部分内容阅读
为了提高低比转速离心泵的效率,一般会在设计阶段将叶轮叶片出口角加大一些,但这容易使泵的扬程-流量曲线有驼峰,导致泵在小流量区运行不稳定,甚至会在生产中造成停机。目前国内外学者提出了许多消除离心泵扬程-流量曲线驼峰的措施,但是这些措施提升扬程-流量曲线稳定性的机理尚不清楚,它们共同作用的效果还未见报道。本文主要工作和研究结果如下:1.以国内某水泵厂生产的比转速为47的单级单吸式离心泵(该泵的H-Q性能曲线在小流量工况下有明显的驼峰)为研究对象,采用正交试验法,选择叶轮出口边斜切比、出口角度、叶轮轴线倾斜角度、叶片包角、叶片进口边位置等五个因素,每个因素采用4个水平,一共16个叶轮设计方案,针对每个方案,利用Fluent17.0软件进行数值模拟,得到每个方案的外特性曲线,利用极差分析法研究5个因素对H-Q特性曲线形状以泵额定工况下扬程、效率的影响,得到影响特性曲线稳定性的因素主次顺序依次为叶片进口边位置、叶轮出口边斜切、叶轮轴线倾斜、出口角度、叶片包角。利用分析得到的结果确定叶轮的优化组合方案,对该方案进行数值模拟验证。模拟结果表明优化方案和原设计方案相比,扬程-流量曲线在小流量工况下的驼峰完全消除,稳定性强,泵的扬程和效率分别提高2.2%和1.4%。2.为探讨各个因素消除驼峰的机理,对比优化前后叶轮的内部流场,通过定量分析得出驼峰工况附近原模型泵叶轮进口处的损失占据主导地位,并发现叶轮叶片进口边位置前移会导致泵吸入管中内流体预旋增强。叶轮出口边斜切与轴面形状的改变使出口处圆周方向上相对速度变化减小,“射流-尾迹”现象减弱甚至消失,小流量工况下损失减小,扬程-流量曲线驼峰消失,泵运行更为稳定。3.通过分析进口有预旋下离心泵的理论扬程-流量曲线及泵内各个部分的损失,得到离心泵进口有预旋时的实际扬程-流量曲线。分析发现叶轮进口流体预旋角为正值时,理论扬程-流量曲线变陡,稳定性增强。得到了离心泵扬程-流量曲线有无驼峰的判据,初步分析泵的几何参数对扬程-流量曲线稳定性的影响。通过一台国内某水泵厂生产的比转速为90的扬程-流量曲线有驼峰的离心泵验证判据的准确性。4.为研究叶轮出口边斜切对离心泵扬程-流量曲线稳定性的影响,比较不同斜切比例下离心泵扬程-流量曲线的稳定性,得出最佳出口边斜切比例。通过分析叶轮出口处的水力损失,得出该措施消除驼峰的机理是叶轮出口处后盖板被切掉,导致后盖板一侧叶片的作功能力减弱,排出流体偏向前盖板,降低了出口处的圆周方向上相对速度变化,“射流-尾迹”现象减弱甚至消失,但是若切割量过大,又会导致“射流-尾迹”现象再次出现,损失增大,扬程-流量曲线就会失去稳定性。