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诱导轮叶片泵入口回流对性能的影响

发布时间:2021-08-16 10:26:15         发布人:泵
       为了提高叶片泵抗汽蚀性能,降低相对流速,一般采用加大叶轮入口直径设计,这样也提高了汽蚀比转数(Nss)和入口回流系数(SRF),当入口回流系数达到一定数值时,会导致高吸入能量泵的叶片损坏,同时也降低叶片泵在部分流量下工作的性能。对某高性能诱导轮叶片泵入口回流进行了数值模拟研究,提出了入口回流抑制方法并做出优化设计,提升叶片泵在部分流量工作时的性能。
叶片泵
关键词:叶片泵;汽蚀性能;入口回流系数;回流稳定器
     抗汽蚀性能是叶片泵性能的一个重要方面,决定了泵的工作稳定性和工作区间。为了提高叶片泵的抗汽蚀性能,一般采用双吸入口叶轮或者加大叶轮入口设计方法,主要目的是降低叶轮入口处的相对流速,减少低压区,从而提高汽蚀性能,而加大叶轮入口设计又可能带来一些其它弊端。
例如:提高了叶片入口外缘的圆周速度,当泵在部分流量下(低于高效率点流量)运行时,会导致叶轮入口区域的流体与叶片分离并形成循环涡流,这便是入口回流。对于高转速高能量密度泵,这些涡流会在叶轮上产生很大的力,同时引起振动或损坏。
叶片泵入口回流及回流稳定器结构
表征入口回流强度的特征值定义为SRF(Suction Recirculation Factor),其计算公式是:
其中:Nss为叶片泵汽蚀比转数(gpm, rpm, ft)
U1为叶片入口圆周速度,单位(ft/s)
S.G.为介质比重
以上表明:对于高吸入能量泵,也就是高汽蚀比转数,大流量高转速,高介质密度会增加入口回流系数(SRF),入口回流引起泵振动或损坏的可能性更大。文献[1]给出了具体数值区间。
     在叶片泵吸入端增加入口回流稳定器可以减少叶片入口回流、减轻紊乱涡流,捋顺叶片入口流线,抑制回流。从而起到既提高泵抗汽蚀性能,又提高泵工作强度稳定性,延长泵的无故障工作时间(MTBF)。
    示出了回流稳定器结构,在叶轮前部外径外侧设置回流通道,将叶轮入口外侧回流导回入口远端。序号1为回流稳定器,离心轮前的诱导轮。
计算结果及分析
1.效率、扬程、回流量对比分析    
从以上计算数据可以得出:有回流稳定器的模型,随着泵流量的减小,通过回流稳定器侧壁的流量增加,稳定了入口流量。回流稳定器对入口回流导流有效。优化设计后,将诱导轮前缘圆弧段伸入到回流稳定器中,提升了泵在部分流量工作时的诱导轮扬程和效率。
2.流线图对比分析
中流场入口均在左侧,从以上流线图中可以得出:没有加回流稳定器的模型(a)在100%额定流量时入口侧壁产生了回流区,在60%额定流量时,回流区扩大,在30%额定流量时,回流区充满入口管道,挤占了叶片入口来流。设置入口回流稳定器(原设计)模型(b)在全部30%-100%流量范围内叶轮入口均为平行来流,回流均通过回流通道流动,改善了叶片入口流场分布。但是在叶轮远端,在部分流量时,回流会挤占入口流道,但这对叶轮入口附近了流场影响不大。
在部分流量时,模型(b)在回流通道内靠近叶轮侧产生涡流,将诱导轮前缘圆弧段伸入到回流稳定器中后,涡流消失,但此涡流对叶轮入口的流场影响不大。
3.汽蚀初生时的汽泡分布状态对比分析
    从以上汽蚀汽泡的分布图可以得出结论:增加回流稳定器明显减少了汽蚀初生时汽泡分布区域,显著改善了叶片泵的汽蚀性能,特别体现在30%流量时。
将诱导轮前缘圆弧段伸入到回流稳定器中,在30%流量时的汽泡分布区域对比模型(b),汽泡区域有所减少,略微改善了小流量时的汽蚀性能。
     叶片泵入口加回流稳定器有效改善了叶片入口区域的流动状态,抑制了回流分布区域,减轻了入口涡流,显著改善了叶片泵在部分流量下的汽蚀性能,对部分流量下的泵扬程和效率有所提升,将诱导轮前缘圆弧段伸入到回流稳定器中后,取得更略微优化的效果。这些效果对于加大叶轮入口设计方案的高吸入能量泵很有益,会减轻振动或损坏,建议高吸入比转数叶片泵前加回流稳定器。
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