基于葉輪相位交錯(cuò)多級(jí)離心泵流場(chǎng)非定常特性研究.pdf

1、多級(jí)離心泵是將多臺(tái)單級(jí)離心泵串聯(lián)起來，整合成為一個(gè)整體，即節(jié)約了泵占用的空間，也改善了泵運(yùn)行維護(hù)的成本，廣泛應(yīng)用于水利、化工、石油、反滲透海水淡化以及核電等領(lǐng)域。但串聯(lián)成為整體后不僅增加了整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜性，使得多級(jí)離心泵的設(shè)計(jì)難度增加。
　　多級(jí)離心泵的內(nèi)部流場(chǎng)比單級(jí)離心泵復(fù)雜得多，容易產(chǎn)生較大的壓力脈動(dòng)，主要是由于葉片與隔舌或?qū)~產(chǎn)生動(dòng)靜干涉致使壓力脈動(dòng)的產(chǎn)生。內(nèi)部干涉激勵(lì)的存在往往會(huì)對(duì)泵體各部分的疲勞強(qiáng)度產(chǎn)生不利的影響，因此了

2、解多級(jí)離心泵內(nèi)部流場(chǎng)的流動(dòng)特性對(duì)該類型泵的設(shè)計(jì)具有積極的指導(dǎo)意義。
　　本文建立了四組模型方案，以便對(duì)多級(jí)離心泵的內(nèi)部流場(chǎng)和轉(zhuǎn)子受力進(jìn)行數(shù)值模擬研究。方案A為順序布置的六級(jí)離心泵，葉輪相位不交錯(cuò)；方案B為順序布置的六級(jí)離心泵，葉輪相位交錯(cuò)一個(gè)流道相位的1/2；方案C為順序布置的六級(jí)離心泵，葉輪相位交錯(cuò)一個(gè)葉輪流道的1/(Z-1)(Z為葉輪葉片數(shù))；方案D為葉輪順序布置的六級(jí)離心泵，葉輪相位交錯(cuò)一個(gè)正導(dǎo)葉流道的1/(Z-1)(Z葉輪

3、為葉片數(shù))。通過數(shù)值模擬及分析，得到如下的結(jié)論：
　　1.通過非定常計(jì)算結(jié)果得到不同方案的外特性，四個(gè)方案的外特性相差不大；但不同方案的外特性的特征量非定常特性出現(xiàn)比較大的變化，在不同流量下的揚(yáng)程、效率、軸功率變化規(guī)律和變化趨勢(shì)各異。在0.6Qd、1.0Qd工況下方案B的內(nèi)部激勵(lì)疊加效果優(yōu)于方案A；在1.4Qd工況下內(nèi)部干涉激勵(lì)強(qiáng)度在減弱，葉輪相位交錯(cuò)影響了該工況下?lián)P程波動(dòng)的主頻。效率變化在設(shè)計(jì)工況下的波動(dòng)幅值最大，在偏工況條件下

4、方案B、C的效率的波動(dòng)情況相對(duì)比較理想。通過對(duì)軸功率的非定常變化比較，在三個(gè)工況條件下方案B、C的軸功率波動(dòng)比較穩(wěn)定，在大流量工況下方案B的非定常軸功率變化最穩(wěn)定。葉輪相位的改變對(duì)外特性特征量是有一定的影響的，外特性的變化是由內(nèi)部干涉激勵(lì)引起的，外特性的變化情況一定程度上反應(yīng)出內(nèi)部的干涉激勵(lì)疊加變化情況。其中揚(yáng)程的非定常變化規(guī)律和出口處的壓力脈動(dòng)變化規(guī)律存在高的相似度。
　　2.通過對(duì)前導(dǎo)葉和后導(dǎo)葉流道中監(jiān)測(cè)點(diǎn)的壓力脈動(dòng)情況分析發(fā)

5、現(xiàn)，前導(dǎo)葉流道內(nèi)的流體主要脈動(dòng)是受到導(dǎo)葉前的葉輪葉片的擾動(dòng)作用，在后導(dǎo)葉流道中的流體同時(shí)受到前一級(jí)葉輪葉片和下一級(jí)葉輪葉片共同作用，前后兩級(jí)葉輪形成兩個(gè)干擾源同時(shí)對(duì)后導(dǎo)葉留到內(nèi)的流體產(chǎn)生干擾。在對(duì)內(nèi)部流場(chǎng)流動(dòng)分析中發(fā)現(xiàn)，在靠近前一級(jí)葉輪出口處的正導(dǎo)葉的主要脈動(dòng)是受到前一級(jí)葉輪出口葉片的擾動(dòng)引起的，在反導(dǎo)葉流道中的流體同時(shí)前一級(jí)葉輪出口葉片和下一級(jí)葉輪葉片進(jìn)口共同作用引起壓力變化。對(duì)出口延伸段各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的壓力變化分析發(fā)現(xiàn)，方案B、C、D三個(gè)

6、方案的隨著流量的增大壓力變化趨于穩(wěn)定，葉輪相位交錯(cuò)對(duì)出口處的壓力變化起到一定的穩(wěn)定作用。在靜止部件流道中由干涉產(chǎn)生的壓力變化主要和葉片數(shù)相關(guān)，表現(xiàn)在頻域圖中就是壓力變化的主頻和葉頻相關(guān)。
　　3.葉輪相位交錯(cuò)使非定常條件下的轉(zhuǎn)子受力矢量分布更集中，有效地減小轉(zhuǎn)子受到的徑向力；在0.6Qd工況下方案A徑向力大小波動(dòng)頻率、徑向力極值都明顯高于其它三個(gè)方案，同時(shí)方案A、C、D的軸向力波動(dòng)以低頻和1倍葉頻波動(dòng)為主，方案B以低頻波動(dòng)為主。在