混流泵汽蚀性能改进及试验研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)浙江大学化工机械研究所 作者:陈涛

  为满足大功率高速混流泵汽蚀性能要求,在保证水力性能的基础上,对该混流泵叶片进行了抗汽蚀的改进设计使用CFD数值方法分别对原设计模型和改进模型进行了水力性能和汽蚀性能的预测。

  结合内流分析和外特性的计算结果,对改进前后的高比转数混流泵的汽蚀性能进行了对比分析,最后结合试验结果对汽蚀性能的改进效果进行评价,并探索和总结了改进高比转数混流泵叶片压力分布的方法和思路。

  大型水力机械的汽蚀性能优化的研究一直以来都是流体机械领域的研究热点。高比转数混流泵以其通流能力强。启动功率低等优势多被应用于大型瞬态动力设备中。对于大流量混流泵的设计以及水力性能优化,国内外学者做了大量研究. 王乐勤等对开敞式混流泵进行了试验研究,从瞬态启动特性的角度对开敞式混流泵系统的性能进行了分析和讨论; 吴大转等采用数值模拟和试验相结合的方法,进一步研究了离心泵的快速启动特性,A ltoineDazin 四对一台离心泵做了相对细致的性能试验,阐述了汽蚀状态下离心泵的水力特性。而对于更高比转数泵的研究多见于轴流式泵的水力性能以及装置相关问题研究等。

  本文中,作者采用减小叶片入口安放角同时配合进口边前伸的方式改善叶片入口流动结构,对高比转数混流泵的叶片进行了抗汽蚀改进设计,并使用C F D 数值方法分别对原设计模型和改进模型进行了水力性能和汽蚀性能的预测。真空技术网(http://www.chvacuum.com/)结合内流分析和外特性的计算结果,对改进前后的高比转数混流泵的汽蚀性能进行了对比分析,对汽蚀性能的改进效果进行评价,并探索和总结改进高比转数混流泵叶片压力分布的方法和思路,该研究可为水力机械抗汽蚀叶片的设计提供参考和依据。

1、设计模型和计算方法

  1.1、物理模型

  图1 为卧式高比转数混流泵装置结构图,该混流泵采用导叶式混流泵结构,出水流道采用轴流式90弯管形式,主要过流部件包括叶轮!导叶! 泵壳体等。该混流泵运行参数及过流部件尺寸参数如表1 所示。

高比转数卧式混流泵结构示意图

图1 高比转数卧式混流泵结构示意图

结论

  本文对改进前后的高比转数混流泵进行了水力J性能和汽蚀性能的CFD数值分析,分别从外特性和空化区域等方面对两套水力模型进行了对比分析,得出以下结论:

  l) 采用减小叶片入口安放角同时入口边靠近轮毅一侧向泵入口方向延伸的方法,增强流体的预旋,可以在一定程度上改善叶片入口流态,在不明显降低水力效率的同时起到改善汽蚀性能的作用。

  2) 通过改善入口流动形态同时增加叶片包角的方式改进后的高比转数混流泵水力模型,相比原模型具有较好的汽蚀性能,必需汽蚀余量得到明显降低。

  3) 高比转数混流泵的汽蚀特性决定,汽蚀余量的判断要结合振动和噪声情况,一般的汽蚀不会使泵的性能明显降低,而此时较大的振动将会威胁机组的安全。

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