在某些特定條件下,離心泵常常需要在偏離設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行。但在小流量工況下葉輪內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)許多不穩(wěn)定流動(dòng)現(xiàn)象,對(duì)離心泵的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成很大的挑戰(zhàn)。旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象就是一種十分常見的不穩(wěn)定流動(dòng)現(xiàn)象,常常會(huì)引起揚(yáng)程正斜率、效率下降等現(xiàn)象,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)䦟?dǎo)致噪聲、振動(dòng)甚至疲勞應(yīng)力點(diǎn)出現(xiàn)斷裂等后果。因探究離心泵內(nèi)旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象的發(fā)生機(jī)制及其特性,設(shè)法推遲失速的發(fā)生、減小葉道間的失速團(tuán),對(duì)優(yōu)化離心泵的水力性能、提高泵的運(yùn)行穩(wěn)定性具有舉足輕重的意義。本文在對(duì)模型泵進(jìn)行三維建模和網(wǎng)格劃分的基礎(chǔ)上,采取合適的數(shù)值計(jì)算方法,對(duì)離心泵內(nèi)部的失速現(xiàn)象進(jìn)行分析,主要內(nèi)容包括:(1)采用非定常計(jì)算模擬不同工況下的失速現(xiàn)象,觀察對(duì)比不同工況下葉輪內(nèi)部所顯現(xiàn)出不同的失速特性。在輕度失速工況下葉輪內(nèi)部的失速類型為“固定失速”,而在深度失速工況下為旋轉(zhuǎn)失速,旋轉(zhuǎn)失速工況下葉輪內(nèi)部的不穩(wěn)定流動(dòng)現(xiàn)象明顯加劇,壓力脈動(dòng)增強(qiáng),葉輪所受徑向力方向變化加劇,離心泵效率降低,這些現(xiàn)象會(huì)對(duì)離心泵的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成十分嚴(yán)重的危害。(2)通過在進(jìn)口設(shè)置徑向和周向兩種非均勻來流,探究進(jìn)口非均勻流對(duì)失速的影響。結(jié)果表明,進(jìn)口非均勻來流對(duì)離心泵內(nèi)失速現(xiàn)象的影響十分顯著:在兩種非均勻來流的作用下,離心泵內(nèi)的失速類型均轉(zhuǎn)變?yōu)榱诵D(zhuǎn)失速。在徑向非均勻流的作用下,葉輪進(jìn)口處出現(xiàn)了局部的回流現(xiàn)象,回流會(huì)與主流相互作用,減小進(jìn)口預(yù)旋并改善葉輪內(nèi)部流動(dòng),因此相比之下此時(shí)葉輪內(nèi)的失速團(tuán)數(shù)目有所減少。(3)采用對(duì)進(jìn)口管道壁面刻槽的方式,實(shí)現(xiàn)對(duì)失速的抑制和消除。對(duì)比分析矩形、三角形、弧形三種形狀和不同凹槽數(shù)目時(shí)葉輪內(nèi)部的失速團(tuán)分布。對(duì)于本文選用的計(jì)算模型,當(dāng)凹槽數(shù)目為40時(shí)的三角形凹槽對(duì)該模型泵內(nèi)失速的改善效果最佳,并能夠有效推遲失速點(diǎn)的出現(xiàn)。
【學(xué)位單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TH311
【部分圖文】：

其中，離心泵由于具有較小的體積和重量、較廣的運(yùn)行范圍以及較高的效率等特點(diǎn)，得到了最為廣泛的應(yīng)用。鑒于此，為了能夠更好地滿足社會(huì)生產(chǎn)的需要，離心泵正在朝著低能耗、高揚(yáng)程、無過載、無駝峰等方向發(fā)展，因此，如何提高離心泵的性能，提高離心泵的運(yùn)行穩(wěn)定性，使離心泵更加安全、可靠的運(yùn)行，最終提高整個(gè)泵行業(yè)的技術(shù)水平就成為了目前研究的重點(diǎn)。離心泵在非設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行時(shí)，容易在葉輪中呈現(xiàn)出失速現(xiàn)象。失速是指當(dāng)離心泵進(jìn)口處葉片沖角增大到一定程度時(shí)，翼型升力突然減小，導(dǎo)致葉片表面出現(xiàn)流動(dòng)分離的現(xiàn)象。當(dāng)離心泵在最優(yōu)工況下運(yùn)行時(shí)，葉片進(jìn)口沖角為 0，此時(shí)離心泵內(nèi)部流動(dòng)順暢，一般不會(huì)產(chǎn)生流動(dòng)分離現(xiàn)象（如圖 1-1(a)所示）。而當(dāng)流量減小時(shí)，如圖 1-1(b)，此時(shí)流體的軸面速度減小，沖角增大，來流沖向葉片的壓力面，從而容易導(dǎo)致葉片在吸力面處出現(xiàn)流動(dòng)分離，隨著分離區(qū)的擴(kuò)張，分離渦會(huì)嚴(yán)重阻塞過流通道，形成失速團(tuán)。失速團(tuán)的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致通道內(nèi)部出現(xiàn)嚴(yán)重的淤塞現(xiàn)象，來流只能轉(zhuǎn)而流向臨近的葉片通道，使得下一葉片進(jìn)口處的沖角增大并使上一葉片進(jìn)口處的沖角減小，從而抑制上一通道中出現(xiàn)失速團(tuán)并促進(jìn)下一通道內(nèi)形成失速團(tuán)。因此在絕對(duì)坐標(biāo)系下觀察，失速團(tuán)是以小于葉輪轉(zhuǎn)速的速度在葉輪流道中旋轉(zhuǎn)的，因此這種現(xiàn)象被稱作“旋轉(zhuǎn)失速”【1】。

【49-51】，該模型由一個(gè)閉式葉輪和一個(gè)無葉擴(kuò)壓器構(gòu)成，其軸截面如圖3-1所示。葉輪進(jìn)口處的直徑為103.25mm，出口處直徑為278 mm，同時(shí)配有5個(gè)后彎式葉片，葉片的進(jìn)口安放角為19°，出口安放角為23°，擴(kuò)壓器出口位置設(shè)置了12支均布的直徑為21.8mm的出口管道，這樣做的目的是減少流道的不對(duì)稱性對(duì)葉輪內(nèi)部流動(dòng)所造成的影響。離心泵的比轉(zhuǎn)速為90.9，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為n0= 600 r/min

° 23葉片高度 b mm 23.0圖3-2為離心泵葉輪結(jié)構(gòu)圖，其中紅色方框區(qū)域?yàn)镻IV測量時(shí)相機(jī)所對(duì)準(zhǔn)的位置。由于實(shí)驗(yàn)測量的過程中，PIV只能在靜止坐標(biāo)系下進(jìn)行測量，因此在最終確定失速團(tuán)頻率的時(shí)候需要用測得的頻率值減去葉輪轉(zhuǎn)頻從而得到相對(duì)坐標(biāo)系下失速團(tuán)的轉(zhuǎn)頻。這里以初始時(shí)刻相機(jī)所對(duì)準(zhǔn)的通道為通道1（Ch1），并以順時(shí)針方向?qū)?個(gè)葉片通道分別命名為通道2（Ch2），通道3（Ch3），通道4（Ch4）和通道5（Ch5）。

【參考文獻(xiàn)】

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1 劉濤;張宇寧;杜小澤;;水泵水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象綜述[J];水力發(fā)電學(xué)報(bào);2015年11期

2 周佩劍;王福軍;姚志峰;;旋轉(zhuǎn)失速條件下離心泵葉輪壓力脈動(dòng)特性研究[J];農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào);2015年10期

3 周佩劍;王福軍;姚志峰;;離心泵葉輪旋轉(zhuǎn)失速團(tuán)特性分析[J];水利學(xué)報(bào);2015年09期

4 陽君;袁壽其;裴吉;張金鳳;;帶導(dǎo)葉離心泵內(nèi)部旋轉(zhuǎn)失速研究進(jìn)展[J];排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào);2015年05期

5 周佩劍;王福軍;姚志峰;;旋轉(zhuǎn)失速條件下離心泵隔舌區(qū)動(dòng)靜干涉效應(yīng)[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào);2015年07期

6 張寧;楊敏官;高波;李忠;王興寧;;側(cè)壁式壓水室離心泵小流量非穩(wěn)態(tài)旋轉(zhuǎn)失速特性[J];振動(dòng)與沖擊;2015年06期

7 吳艷輝;稂仿玉;王曉;吳俊峰;;葉尖噴氣影響失速起始型式的數(shù)值研究[J];工程熱物理學(xué)報(bào);2014年09期

8 施衛(wèi)東;張光建;張德勝;吳蘇青;徐焰棟;;入口非均勻流對(duì)軸流泵性能和壓力脈動(dòng)的影響[J];排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào);2014年04期

9 江偉;李國君;張新盛;華棟;;離心泵蝸殼進(jìn)口邊對(duì)葉輪徑向力影響的數(shù)值模擬[J];水利學(xué)報(bào);2014年02期

10 江偉;李國君;張新盛;;壓水室結(jié)構(gòu)對(duì)離心泵徑向力影響的數(shù)值分析[J];排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào);2013年02期

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1 周佩劍;離心泵失速特性研究[D];中國農(nóng)業(yè)大學(xué);2015年

2 陽君;帶導(dǎo)葉離心泵非定常流動(dòng)對(duì)特性曲線駝峰的影響[D];江蘇大學(xué);2014年

3 司喬瑞;離心泵低噪聲水力設(shè)計(jì)及動(dòng)靜干涉機(jī)理研究[D];江蘇大學(xué);2014年

4 張偉;葉片泵非設(shè)計(jì)工況葉輪內(nèi)部流動(dòng)分析和預(yù)測[D];上海大學(xué);2011年

本文編號(hào)：2832701