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在石油化工、航空航天等领域,半开式离心泵由于结构简单、加工方便、无堵塞性好等优点而被广泛应用。为避免叶轮在运转过程中与泵壳发生碰撞或摩擦,需要在叶轮前端轴向位置设置一定的轴向间隙。国内外针对半开式叶轮轴向间隙对泵性能的影响已有一些研究成果,但关于半开式离心泵叶轮轴向间隙如何取值,最佳轴向间隙如何确定以及轴向间隙内流体的流动规律等问题的研究还鲜见报道。因此本文以国内某厂提供的一台单级单吸航空燃油离心泵为研究对象,采用数值模拟的方法研究了半开式离心泵轴向间隙对泵内部流动的影响。本文的主要工作和研究结果如下:1.对半开式叶轮轴向间隙取值,依据公式??1/5=0.37 Rex?x???可计算得到叶轮出口处边界层厚度为0.3mm,随后在边界层厚度周围取得轴向间隙值分别为0.25mm、0.3mm、0.35mm、0.4mm、0.45mm进行研究,通过对五种不同间隙值的半开式离心泵进行数值模拟发现:轴向间隙为0.3mm时,此台泵在设计工况附近效率最高。间隙为0.25mm时,泵的扬程较高,但效率略低于0.3mm间隙时,当间隙值大于0.3mm时,随着间隙的增大,泵的扬程和效率均降低。为了验证数值模拟的准确性,将原厂出厂试验(该厂产品轴向间隙值为0.35mm)的外特性与间隙值为0.35mm的半开式叶轮离心泵的数值模拟结果做对比,发现扬程误差不超过3%,效率误差不超过4.3%,说明本文采用的数值模拟方法是可行的。2.为了研究半开式叶轮轴向间隙的泄漏量,对0.25mm、0.3mm、0.35mm、0.4mm、0.45mm五种不同轴向间隙的流场进行分析发现:间隙内的流体既有圆周速度,也有径向速度。其圆周速度在0.8-0.95倍的叶轮圆周速度之间变化,间隙值越小,圆周速度越大,随着间隙值的增大,流体的圆周速度逐渐减小。其径向速度为负值,表明间隙层内的流体流动方向与叶轮内流体的流动方向相反,即存在间隙泄漏。通过对径向速度做平均值,乘以间隙进口面积,求出不同间隙的泄漏量,通过分析发现:随着轴向间隙值增大,间隙泄漏量逐渐增大。3.通过对不同轴向间隙半开式叶轮内的流场分析发现:在相同轴向间隙下,相同半径处,叶轮叶片靠近间隙一侧的压力低于靠近后盖板侧的压力;在轴向间隙为0.25mm时,半开式叶轮叶片背面靠近入口位置存在低压区,随着轴向间隙值的增大,该位置的低压区域逐渐减少,由此可见轴向间隙的增大在一定程度上能够改善半开式叶轮的空化性能。4.为了研究半开式叶轮和闭式叶轮在同样的叶轮参数下性能的差异,对本文所研究的半开式叶轮加了2mm厚的前盖板,对这样形成的闭式离心泵进行数值模拟。通过对闭式叶轮和0.3mm轴向间隙的半开式叶轮数值模拟结果的分析发现:相同流量下,闭式叶轮扬程普遍比半开式叶轮要高1.5m-2m,在设计工况下高出1.7m,设计工况下半开式叶轮和闭式叶轮的扬程比为0.876,在总流量范围内是扬程比在0.82-0.88之间变化。该结论是否具有普遍意义还有待研究。5.利用非定常数值模拟方法研究了叶片前缘压力脉动特性,通过对叶片顶端压力脉动的分析可以看出:在一个叶轮转动周期内,压力脉动次数与叶片数相等,压力脉动的主频为叶片通过频率;随着轴向间隙的增大,叶片前缘压力脉动幅值逐渐减小,说明轴向间隙值的增大改善了半开式离心泵内部流动的稳定性。