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高速离心泵轴向尺寸较小,结构紧凑,主要应用于航空航天领域。凭借超高工作转速提高叶轮出口处流体线速度,使得高速离心泵获得高扬程。由于高扬程的特点,泵腔内高压区与低压区压差很大,泵转子受到巨大的轴向力,严重影响高速离心泵安全、稳定运行。在离心叶轮后盖板设计合理的平衡孔,将平衡腔高压流体引入离心叶轮进口,能够平衡转子轴向力,但同时能改变泵内部流动特性,对高速离心泵性能产生一定影响。因此,研究平衡孔几何参数对高速离心泵性能的影响,对高速离心泵的设计和运行有重要意义。平衡孔比面积决定平衡孔过流面积大小,而平衡孔轴面安放角决定平衡孔入流方向。本文通过数值计算的方法研究了平衡孔的这两个关键几何参数对高速离心泵性能的影响,主要研究内容与结果如下:1.平衡孔比面积对高速离心泵性能的影响研究了比面积k=0.5、1、3、5四种方案下,平衡孔对高速离心泵性能的影响。结果表明,随着比面积的增大,高速离心泵扬程H下降最高扬程的2.4%,效率η下降3.4%,轴功率P上升最小功率的3.8%;当比面积3≤k≤5时,高速离心泵平衡孔内流动产生漩涡,对主流产生较大的影响;随着平衡孔比面积的增大,平衡孔泄漏量增大到一定值保持不变,最大泄漏量可达设计流量的23%;比面积变化对高速离心泵转子轴向力的大小和方向均有显著影响,当比面积k<1时,转子轴向力方向指向离心叶轮进口,当比面积k≥1时,转子轴向力背离离心叶轮进口,当比面积k=1时,平衡孔可有效地平衡转子轴向力。2.平衡孔比面积对高速离心泵空化性能的影响研究了比面积k=0.5、1、3、5四种方案下,高速离心泵在发生空化的过程中,外特性、内流场、转子轴向力及空化性能的变化规律。结果表明,随着比面积的增大,高速离心泵临界空化数增大,抗空化性能降低;随着空化数的降低,高速离心泵扬程、效率、轴功率、转子轴向力均有所降低;且随着比面积增大,高速离心泵平衡腔压力减小;而且当比面积k≥3时,平衡腔内发生空化现象。3.平衡孔轴面安放角对高速离心泵性能的影响研究了轴面安放角θ=-30°、-20°、-10°、0°、10°、20°六种方案下,平衡孔对高速离心泵性能的影响。结果表明,当平衡孔入流方向与离心叶轮进口方向存在一定夹角时,扬程将有所提高,且随着轴面安放角增大,泵轴功率减小,但是泵效率增加;当高压射流射入离心叶轮流道,靠近后盖板处产生局部低压区,低压区范围随着轴向安放角增大而增大;平衡泄漏量和转子轴向力随轴面安放角变化趋势一致,与传统轴面安放角θ=0°的平衡孔相比,轴面安放角θ=20°时,可有效平衡高速离心泵转子轴向力。