發(fā)布時間：2020-09-14 19:26

　　 空化是指在液體流場的低壓區(qū)域形成蒸汽氣泡的過程,空化對水力機械的正常運行造成嚴(yán)重影響且不可避免,主要有以下三個方面。第一,空化造成水力機械性能下降,嚴(yán)重影響泵的運行工作;第二,空化空泡在固體表面破裂時易造成材料損壞;第三,空化不僅對定常態(tài)的流體流動狀態(tài)產(chǎn)生影響,還會影響流體流動的非定常特性和動態(tài)響應(yīng)特性,這種不穩(wěn)定性會導(dǎo)致泵內(nèi)流量和壓力的振蕩,對泵及其管路的結(jié)構(gòu)造成破壞。在工程實踐中,空化已成為水力機械故障的主要原因之一。越來越多的研究表明:在泵前加裝誘導(dǎo)輪可以有效改善離心泵的空化性能,即流體進入誘導(dǎo)輪經(jīng)旋轉(zhuǎn)增壓,可以提高轉(zhuǎn)輪的進口壓力,而誘導(dǎo)輪本身具有較強的抗空化性能。LNG潛液泵作為一種特殊的低溫泵,提高其空化性能是解決泵技術(shù)攻關(guān)的核心問題之一。本文以某型LNG潛液泵作為研究對象,基于Kubota空化模型的數(shù)值計算和空化試驗驗證相結(jié)合,提出了改變誘導(dǎo)輪進口輪轂比和改變誘導(dǎo)輪葉片軸面安放角以改善空化性能的控制方法,并對離心泵內(nèi)部葉輪和誘導(dǎo)輪的空化發(fā)展過程、空化流動不穩(wěn)定性和離心泵壓力脈動特性進行深入研究。主要研究結(jié)論有:1.通過分析不同空化數(shù)下模型泵內(nèi)空泡分布云圖、誘導(dǎo)輪葉片靜壓分布云圖和誘導(dǎo)輪軸面速度矢量分布圖等,研究了離心泵內(nèi)部空化發(fā)展過程。結(jié)果表明:空泡首先出現(xiàn)在誘導(dǎo)輪進口輪緣處,隨著空化的發(fā)展,誘導(dǎo)輪內(nèi)部的空泡向出口處延伸,空泡形成自激壓力振蕩,在誘導(dǎo)輪出口和葉輪進口處的壓力呈現(xiàn)高幅低頻的脈動現(xiàn)象。在空化數(shù)降至臨界空化數(shù)σ_(cr)=0113時,誘導(dǎo)輪出口出現(xiàn)尾渦空化,對葉輪吸入性能產(chǎn)生影響。在嚴(yán)重空化階段,誘導(dǎo)輪內(nèi)的空泡充滿整個流道,離心泵工況斷裂,振動和噪聲急劇增加。2.采用五組不同誘導(dǎo)輪進口輪轂比的離心泵(λ=0.260、λ=0.289、λ=0.318、λ=0.274和λ=0.303)進行對比分析,研究了不同誘導(dǎo)輪進口輪轂比對離心泵空化特性的影響規(guī)律。結(jié)果表明:隨著誘導(dǎo)輪進口輪轂比的增大,輪緣進口處液流的軸面速度增大,在相同葉片安放角的基礎(chǔ)之上,葉片進口液流正沖角減少,液體在葉片吸力面進口處產(chǎn)生脫流,離心泵空化性能降低。同時,改變誘導(dǎo)輪的進口輪轂比對離心泵外特性影響較小。因此,在一定范圍內(nèi),適當(dāng)減小誘導(dǎo)輪的進口輪轂比可以提高離心泵的空化性能。本臺離心泵在誘導(dǎo)輪進口輪轂比為0.260時,空化性能最優(yōu)。3.通過對四組不同誘導(dǎo)輪葉片軸面安放角(θ=+6°,θ=+3°,θ=0°和θ=-3°)的離心泵進行分析,研究了不同誘導(dǎo)輪葉片軸面安放角對離心泵空化特性的影響規(guī)律。結(jié)果表明:誘導(dǎo)輪葉片軸面安放角改變了誘導(dǎo)輪葉片吸力面的靜壓分布規(guī)律,誘導(dǎo)輪葉片后傾導(dǎo)致葉輪出口出現(xiàn)了高湍動能區(qū),在回射流的作用下,葉輪出口處的空化渦脫落且附著在葉片壓力面上,致使葉輪出口液流速度紊亂,離心泵空化性能降低。同時,在誘導(dǎo)輪出口靜壓相同的條件下,誘導(dǎo)輪在θ=+3°時出口動壓最大,此時誘導(dǎo)輪能量轉(zhuǎn)換特性最優(yōu)。但若誘導(dǎo)輪葉片前傾的角度過大,提前了轉(zhuǎn)捩時間,不利于離心泵空化性能的改善。因此,在誘導(dǎo)輪葉片軸面安放角θ=+3°時,離心泵內(nèi)部流動狀態(tài)最好,空化性能最優(yōu)。
【學(xué)位單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TH311
【部分圖文】：

圖 1.1 LNG 低溫潛液泵國內(nèi)外研究現(xiàn)狀發(fā)展，天然氣在世界范圍內(nèi)已成為與石泵作為 LNG 運輸過程中最核心的設(shè)備少數(shù)幾家國外公司可以生產(chǎn)制造。1912家液化天然氣工廠，但直到 20 世紀(jì) 50舶運輸。天然氣船運的興起帶動了 SEM著材料科學(xué)、密封技術(shù)、控制保護技術(shù)型 LNG 船、汽車燃料加注站以及 LNG態(tài)天然氣。目前，LNG 潛液泵的生產(chǎn)廠家數(shù)幾家公司。在 LNG 工業(yè)制造領(lǐng)域內(nèi)，己的各類產(chǎn)品，大大開闊了 LNG 潛液泵。入運行的 LNG 接收站、LNG 汽車加注站

碩士學(xué)位論文產(chǎn)生的沖擊力[31]。這種空蝕破壞會在固體表面形成的鋸齒狀和晶體狀小不同于固體顆粒的侵蝕現(xiàn)象。離心葉輪中，空化破壞不僅僅是由于單個的，而是由一群空化空泡周期性和相干性破裂所導(dǎo)致的結(jié)果[32]�？栈母鶕�(jù)其物理特性的不同，可分為游移空泡、附著空穴以及渦空化等形式

72 180軸面投影圖 從入口看平面圖 2.2 誘導(dǎo)輪水力圖試驗和空化性能試驗論計算所得模型的幾何參數(shù)設(shè)計 LNG 潛液泵，進壓力獲得所需性能曲線。圖 2.3 是 LNG 潛液泵試驗

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本文編號：2818567