超低比转速离心泵开缝诱导轮的优化设计研究

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:gkhksmq
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为改善叶片泵的汽蚀性能,在叶轮前加装诱导轮是一种常用方法。本文针对一现有超低比转速离心泵叶轮,应用二元理论设计了一与其匹配的新型开缝诱导轮,利用正交试验设计与数值模拟相结合的方法完成了它的优化设计,同时探讨了开缝参数对诱导轮及离心泵水力性能的影响。全文的主要工作及成果如下:(1)利用CFTurbo完成了与超低比转速离心泵叶轮相匹配的无缝诱导轮水力设计,采用Solid Works对离心泵全流道进行三维几何建模,应用ICEM-CFD对计算域进行网格划分,使用ANSYS-CFX进行内流场数值模拟。在闭式水里试验台开展了带无缝诱导轮的离心泵的水力特性实验。结果表明:数值模拟得到的扬程-流量、效率-流量曲线和设计工况时的汽蚀特性曲线均与实验结果比较吻合,证明本文选择的数值模拟方法是可靠的。(2)利用正交试验设计与验证后的数值模拟方法研究开缝参数对离心泵水力性能的影响。结果表明:开缝参数对离心泵扬程的影响程度大小依次为:缝隙倾斜角度θ、缝隙位置角度Φ、缝隙长度h、缝隙宽度b;对离心泵水力效率的影响程度大小依次为:Φ、θ、h、b;对小流量工况(Q/Qd=0.6)时临界汽蚀余量的影响程度大小依次为:b、Φ、h、θ;对小流量工况(Q/Qd=0.6)时诱导轮自身扬程的影响程度大小依次为:Φ、h、b、θ。以降低小流量工况时临界汽蚀余量为目标,对该诱导轮开缝参数进行优化设计,得到最优开缝参数为b=1 mm,Φ=90o,h=8 mm,θ=35o。数值模拟结果表明,与带无缝诱导轮的离心泵相比,带优化后开缝诱导轮的离心泵小流量工况的临界空化余量由0.83 m进一步降低至0.79 m。(3)对比分析带无缝诱导轮和优化设计后的开缝诱导轮的超低比转速离心泵全流道流场表明:开缝诱导轮产生的反向射流提高了吸力面压力,减小了严重空化时诱导轮出口的空泡区域,改善了流动的稳定性,在基本不影响离心泵扬程和效率的前提下拓宽了离心泵可稳定工作的工况范围。
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