高比轉數混流泵

 

為了鉆研高比轉數混流泵外部流場的壓力脈動狀況，采取大渦模仿方式對泵內三維非定常湍流場進行數值模仿，通過對監測點數據的剖析得到了葉輪出口、葉輪出口、導葉兩頭和導葉出口4 個截面的壓力脈動的時域和頻域狀況，討論了發生壓力脈動的重要抉擇因素，同時也對不同流量下的壓力脈動狀況進行了對照。 鉆研標明： 這4 個截面的壓力脈動幅值從輪轂到輪緣均逐步增大； 葉輪出口截面壓力脈動時域圖法則性不顯著，葉輪出口截面時域圖在全部周期內浮現4個小周期，葉輪轉動頻率掌握著葉輪進出口的壓力脈動，且其影響隨著流體遠離葉輪而逐步削弱； 在導葉兩頭截面和導葉出口截面，葉輪對流體壓力脈動的影響逐步減小，壓力脈動以低頻振動為主，脈動幅值也大為減小； 在不同流量下的壓力脈動體現為小流量下幅值較大以及流量對重要頻率影響較小，大流量工況下壓力脈動狀況要優于小流量工況。

　　家喻戶曉，旋轉葉輪與靜止導葉的非定常時序攪擾、偏離最優工況時葉片的出口回流、部分空化及氣蝕等因素，都會招致混流泵外部活動涌現不延續性，進而引起流場內液體壓力隨時光疾速地脈動，即涌現所謂的壓力脈動景象。 壓力脈動重大時會招致泵體振動加劇，同時還可引發進一步的部分空化，甚至在某些狀況下會引起機器共振，發生傷害。 因而，出于下降噪聲和進步靜止穩固性的須要，鉆研泵外部非定常流場壓力脈動特征有偏重要的意義。

　　海內外學者對壓力脈動進行了相干鉆研。 Solis等通過轉變葉輪外形和徑向尺寸，采取雷諾時均N － S 方程和SST k － w 兩相湍流模型進行三維非定常湍流盤算，以減小壓力脈動對離心泵的影響。Berten 等通過CFD CFX10 技巧和水下駐波實驗，對多級離心泵內動態攪擾引起的三維非定常湍流進行了盤算，得出動態攪擾誘發壓力脈動的特征。劉陽等對離心泵壓力脈動進行了片面論述，總結了3 種不同的壓力動。 施衛東等對軸流泵全流場進行三維非定常數值模仿和實驗鉆研，得到軸流泵在不同工況和不同導葉數時外部流場的壓力脈動特征。 但關于高比轉數混流泵內壓力脈動狀況還缺乏相干鉆研。

　　文中在三維定常湍流盤算的基本上，對模型泵進行全流道三維非定常大渦湍流模仿，從而猜測葉輪出口、葉輪出口、導葉兩頭和導葉出口4 個截面的壓力脈動，并應用FFT 變換對各個盤算點的壓力數據進行剖析，討論混流泵全流道內壓力脈動發生的重要抉擇因素等，同時對不同流量下的壓力脈動進行對照，為理解混流泵的外部活動供給重要實踐根據。

第一、模型基本參數及盤算區域

　　高比轉數混流泵模型泵設計參數： 流量Q =1 300 m3 ÷h； 揚程H = 6 m； 轉速n = 1 450 r ÷min； 比轉數ns = 830。文中進行數值模仿的模型泵的葉輪、導葉葉片數組合型式為4 ＋ 7（ 葉輪＋ 導葉） 。

第二、盤算區域

　　為模型泵的盤算區域。 進行數值模仿盤算時，把模型泵劃分為4 個盤算區域，即喇叭管、葉輪、導葉、彎管部分。

模型泵的盤算區域

第三、模型泵的盤算區域

　　1） 大渦模仿活動實踐正確地猜測了混流泵的外特征。 盤算后果與實驗后果較吻合，這解釋大渦模仿盤算方式具備較高的精度，對鉆研壓力脈動具備可行性。

　　2） 葉輪出口、葉輪出口、導葉兩頭和導葉出口4 個截面的壓力脈動幅值從輪轂到輪緣都是增大的，且輪緣處的幅值是輪轂處的2 倍以上。 因而，對葉輪輪緣等相干構造參數進行優化，是改良混流泵內壓力脈動特征的重要門路。

　　3） 在葉輪流道區域，壓力脈動重要是由葉輪轉動頻率抉擇，壓力脈動的周期與葉輪的葉片數相干，導葉葉片數對其無顯著影響。 隨著流體一直遠離葉輪，葉輪對壓力脈動的影響逐步減小。 這解釋葉輪出口處是影響整機運行穩固性的癥結，在混流泵的設計中應予以注重。

　　4） 偏離設計工況時，壓力脈動顯著增大，且小流量工況下增幅大于大流量工況。 因而，混流泵應盡量防止在偏離設計工況下運行。