【摘要】：為平衡軸向力,在葉輪后蓋板下部開設(shè)平衡孔廣泛應用于離心泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計中。平衡孔連通了平衡腔與吸入側(cè),使平衡腔的液體壓力降低,減小了作用在后蓋板上的壓力,從而消除或降低了軸向力。但由于液體從平衡腔流回吸入側(cè),產(chǎn)生了平衡孔的泄漏量,改變了離心泵內(nèi)部流場,造成了容積損失,降低了離心泵的效率,甚至對泵的整機性能也帶來一定影響。因此,對開設(shè)平衡孔離心泵內(nèi)液體泄漏量的準確測量和計算尤為重要。而由于對離心泵內(nèi)部流場理論研究不完善,測量泄漏量的實驗手段實施困難,準確測量和計算離心泵內(nèi)液體泄漏量已成為行業(yè)難題。本文采用理論分析,實驗測量,數(shù)值模擬的方法,對離心泵內(nèi)部流場結(jié)構(gòu)、泄漏量特性進行了研究,并提出了離心泵內(nèi)液體泄漏量的計算方法,對工程實踐起到了一定的參考作用和實用價值。本文的主要研究工作有:1.引入了無量綱參數(shù),得到了后泵腔不同軸向位置的徑向速度分布,分析了各泵腔軸向間隙值對后泵腔液體徑向流動的影響。結(jié)果表明:后泵腔軸向間隙s=10mm時,外流區(qū)和壁面邊界層液體厚度約為后泵腔間隙值的20%,隨軸向間隙的增大,兩個區(qū)域液體厚度在不斷增大,s=8mm,s=4mm時,分別約為軸向間隙值的30%,50%,相應的湍流核心區(qū)的厚度在減小。當s=1mm時,湍流核心區(qū)厚度極小,不同軸向位置的徑向速度差別較大,此時徑向速度沿軸向的梯度最大。2.采用RNG k-ε湍流模型,對后泵腔間隙分別為1、4、8、12、16、20mm的全流道模型進行數(shù)值模擬,分析了不同間隙值下,平衡腔液體壓力的分布規(guī)律和泄漏量的變化情況.結(jié)果表明:后泵腔軸向間隙增大,平衡孔進口處平面和悶蓋壁面壓力隨之升高,這個變化在軸向間隙為4mm~16mm時較為明顯;同一工況下的平衡孔泄漏量隨后泵腔間隙值的增大而上升,對于同一泵腔間隙,平衡孔泄漏量隨流量的增大而較小。3.推導了與泵腔阻力系數(shù)、密封環(huán)阻力系數(shù)和平衡孔阻力系數(shù)相關(guān)的速度系數(shù)與隙徑比的關(guān)系曲線和泄漏量計算公式,由關(guān)系曲線可知隨隙徑比的增大,全流道速度系數(shù)也在增大。全流道速度系數(shù)與隙徑比的關(guān)系曲線和泄漏量計算公式可用于試驗中對速度系數(shù)進行預估和泄漏量的求解,關(guān)系曲線可以預估隙徑比在0.006~0.127的全流道速度系數(shù),再與泄漏量計算公式聯(lián)合,可求得不同泵腔軸向間隙的泵腔流道液體泄漏量。4.利用量綱分析方法,建立了平衡孔泄漏量的表達式,并通過對IS80-50-315型離心泵的數(shù)值模擬,獲得了在葉輪不同轉(zhuǎn)速工況下平衡孔泄漏量表達式坐標點,并利用origin軟件對坐標點進行多項式擬合,建立平衡孔泄漏量的函數(shù)關(guān)系。結(jié)果表明:葉輪的旋轉(zhuǎn)阻礙了液體從平衡腔流回離心泵的吸入側(cè),且轉(zhuǎn)速越快,泄漏液體的阻力越大,平衡孔的泄漏量越小。5.利用浮動葉輪試驗臺開展了泵腔流道泄漏量實驗,主要通過泄漏量測試裝置來研究不同平衡孔的泄漏量特性。在密封環(huán)半徑為89mm、長度為15mm以及同一葉輪的不同直徑的平衡孔條件下,對后泵腔間隙為6mm的泵腔流道的液體壓力和泄漏量進行了測試,間接的得到了不同平衡直徑的泵腔內(nèi)液體泄漏量特性。6.由量綱分析方法和數(shù)值模擬方法的聯(lián)合運用所得到的平衡孔泄漏量函數(shù),對實驗方法測得的泵腔流道泄漏量進行了修正,提出了平衡孔泄漏量的確定一種新方法,為采用量綱分析、數(shù)值模擬、實驗測量相結(jié)合研究離心泵平衡孔泄漏特性問題提供了借鑒作用。
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圖片說明： 圖 2.1 實體模型腔 4..平衡孔 5.平衡孔進口處平面 6.悶蓋連續(xù)的區(qū)域離散化生成網(wǎng)格的一種方分。網(wǎng)格的生成過程是兩種不同坐的構(gòu)造方法對于離散的控制方程求解影響。合理的網(wǎng)格構(gòu)造對計算精度和網(wǎng)格線，并避免失真的網(wǎng)格�？煞譃榻Y(jié)構(gòu)化網(wǎng)格、非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。中與所有網(wǎng)格點存在數(shù)學上的邏輯關(guān)網(wǎng)格節(jié)點的數(shù)據(jù)存儲，只需保存網(wǎng)格因此結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格存儲數(shù)據(jù)少，，網(wǎng)格坐區(qū)域中的各個網(wǎng)格點則有不同的相鄰
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圖片說明： （d） （e） （f）（a）進口段網(wǎng)格 （b）前泵腔網(wǎng)格 （c）后泵腔網(wǎng)格 （d）葉輪網(wǎng)格（e）平衡腔網(wǎng)格 （f）渦室網(wǎng)格圖 2.2 流道網(wǎng)格2.2.3 計算方法選用 RNG k-ε 湍流模型封閉雷諾時均方程組，采用有限體積法離散控制方程，對湍流核心區(qū)域進行模擬計算。壁面邊界層的求解，利用標準壁面函數(shù)補充�？刂品匠痰臄U散項采用中心差分格式離散，對流項則采用二階迎風格式進行離散�？刂品匠痰那蠼�，采用 SIMPLE 半隱式算法。由質(zhì)量守恒及進口無旋假設(shè)得出進口平面軸向流速，定義為速度進口。而進口平均速度可由不同工況下的流量和過流斷面面積確定，計算公式為QvS （2.6）式中，Q—不同工況下的流量
【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TH311

【參考文獻】

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本文編號：2515880