离心泵叶轮背叶片腔的压力特性和泄漏量的试验及模拟

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叶轮背叶片不仅具有平衡轴向力的作用,还兼有密封效果,属于“非接触型”动力密封,能有效降低轴封处压差,减少泄漏甚至达到无泄漏,广泛应用于输送杂质的离心泵或渣浆泵。基于实验室现有的离心泵闭式试验台,以对改造后的IS80-50-315离心泵做为研究对象,通过在叶轮后盖板敷设背叶片,设计了模型A、模型B、模型C、模型D的叶轮背叶片模型。针对每一种模型,采用改变叶轮背叶片轴向长度的方法得到不同的背叶片轴向间隙,进行试验研究,并与数值模拟方法相结合,研究背叶片对泵性能、泵腔液体压力特性及泵腔泄漏量的影响规律。(1)叶轮敷设背叶片后,对泵的整体性能影响显著,相较叶轮无背叶片,泵扬程与轴功率增加,效率降低,相较叶轮无背叶片,泵效率的峰值向大流量时偏移。背叶片模型一定时,离心泵扬程、轴功率随背叶片轴向间隙增大而逐渐减小,泵的效率随轴向间隙的增大逐渐增大,当轴向间隙δ从3mm增加至4.5mm时,效率显著提升;背叶片轴向间隙一定时,背叶片模型B的扬程与轴功率均最大,效率最低,模型C扬程与轴功率最低,效率最高,模型D的扬程、轴功率、效率处于模型B、模型C之间。模型D:径向长度为100mm和径向长度为65mm的复合叶轮背叶片为最佳背叶片选型,提升泵扬程的同时,效率下降较小。(2)通过试验研究发现,叶轮敷设背叶片对径向半径r=89mm~133mm范围内的后泵腔液体压力影响较为明显,形成低压区,尤其轮毂附近液体压力很小,对径向半径r=146mm-154mm的后泵腔边缘液体压力影响较小。背叶片模型一定时,随着背叶片轴向间隙的增大,轮毂附近低压区范围在逐渐增大,后泵腔整体压力在逐渐上升,而径向半径较大的后泵腔边缘液体压力随轴向间隙的增大,变化并不明显。背叶片轴向间隙一定时,背叶片模型B对后泵腔液体压力分布的影响程度大于模型C、模型D,具体差异主要表现在模型B较模型C、模型D对轮毂附近低压区的影响更大,且有沿轴向方向,相同径向半径位置的液体压力不发生变化。(3)相较叶轮无背叶片,叶轮背叶片的敷设有效降低了平衡腔内的液体压力,平衡腔液体压力随着背叶片轴向间隙的增大逐渐增大,背叶片轴向间隙δ越小,对降低平衡腔压力的作用效果越显著;叶轮背叶片模型B对降低平衡腔液体压力的效果优于模型C、模型D。(4)试验与模拟结果表明,后泵腔泄漏量随流量的增大逐渐减小,叶轮敷设背叶片后,有效降低了后泵腔液体的泄漏。相同流量下,当背叶片模型一定时,后泵腔泄漏量随轴向间隙的增大逐渐增大,当轴向间隙一定时,外径长度为100mm的模型B降低泄漏量最为有效。
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