本文選題：軸流泵 + 失速　； 參考：《揚(yáng)州大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：軸流泵是大流量低揚(yáng)程泵站的核心部件,其性能的好壞直接決定了泵站的安全與高效運(yùn)行,在城市防洪排澇、噴水推進(jìn)、農(nóng)田排水灌溉、工業(yè)、水處理、水環(huán)境、心臟血泵以及核電循環(huán)管路系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用,隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展扮演著越來越重要的角色。而軸流泵在遠(yuǎn)離設(shè)計(jì)工況特別是小流量工況馬鞍區(qū)附近運(yùn)行時(shí),葉輪內(nèi)部強(qiáng)烈渦帶會(huì)造成不穩(wěn)定流場(chǎng)、壓力分布,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)鹫麄�(gè)機(jī)組的強(qiáng)烈震動(dòng)。小流量工況下軸流泵表現(xiàn)出來的不穩(wěn)定性現(xiàn)象嚴(yán)重制約著軸流泵的性能,對(duì)整個(gè)泵站系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成極大威脅。特別是近年來極端氣候的頻繁變化,降水時(shí)空分布不均,軸流泵站的安全可靠性經(jīng)歷著極大的考驗(yàn)。探討軸流泵失速形成的規(guī)律,揭示軸流泵葉輪內(nèi)部不穩(wěn)定流動(dòng)的三維非定常現(xiàn)象,拓寬軸流泵的穩(wěn)定運(yùn)行范圍,提高軸流泵在極端條件下的應(yīng)急能力,確保軸流泵站的安全穩(wěn)定運(yùn)行,具有重要的社會(huì)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。為深入研究軸流泵失速形成的機(jī)理,在不銹鋼和有機(jī)玻璃搭建的試驗(yàn)臺(tái)上,針對(duì)一比轉(zhuǎn)速為825的軸流泵展開研究。首先,通過軸流泵外特性試驗(yàn),獲得了不同轉(zhuǎn)速下軸流泵的性能曲線,確定其失速區(qū)范圍,基于此分析比較軸流泵系列型譜的外特性曲線,并依照最高揚(yáng)程出現(xiàn)的位置和流量揚(yáng)程拐點(diǎn)出現(xiàn)的次數(shù)進(jìn)行了分類。其次利用高速攝像機(jī)拍攝的示蹤氣泡在葉輪進(jìn)口及葉輪內(nèi)部形成的軌跡揭示了軸流泵不同流量工況下流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),重點(diǎn)比較了失速工況下葉輪進(jìn)口流場(chǎng)擺動(dòng)特性和失速后軸流泵內(nèi)部渦帶結(jié)構(gòu)分布。然后,利用高頻壓力傳感器對(duì)葉輪室進(jìn)出口外邊壁的壓力脈動(dòng)進(jìn)行了測(cè)試,比較分析了失速前后不同轉(zhuǎn)速及不同測(cè)點(diǎn)下軸流泵壓力脈動(dòng)的時(shí)域及頻域分布。利用LDV對(duì)軸流泵進(jìn)行了測(cè)試,獲取了典型工況下軸流泵內(nèi)流場(chǎng)的三維速度分布,比較了失速前后各個(gè)速度的變化趨勢(shì)。最后借助CFD對(duì)軸流泵進(jìn)行了仿真計(jì)算,獲得失速前后詳細(xì)的內(nèi)部流場(chǎng)結(jié)構(gòu),分析了渦帶在失速前后的作用及形成機(jī)理。針對(duì)小流量工況下軸流泵出現(xiàn)的不穩(wěn)定特性,本文從能量性能測(cè)試、內(nèi)部流場(chǎng)高速攝像機(jī)拍攝、葉輪室進(jìn)出口壁面的壓力脈動(dòng)測(cè)試、葉輪內(nèi)部速度場(chǎng)的LDV測(cè)試及CFD仿真計(jì)算等方面展開了研究,主要?jiǎng)?chuàng)新性成果如下:1、通過分析比較不同轉(zhuǎn)速下軸流泵的能量特性曲線,發(fā)現(xiàn)軸流泵流量揚(yáng)程曲線在通常認(rèn)為的馬鞍區(qū)之前存在另一個(gè)拐點(diǎn),類似一段小馬鞍區(qū)。本文中的軸流泵在0.55-0.60 QBEP工況附近揚(yáng)程曲線出現(xiàn)拐點(diǎn),并且對(duì)應(yīng)的流量軸功率曲線也有相應(yīng)的正斜率區(qū)間,葉輪進(jìn)口外緣的切向速度迅速增加,葉輪室進(jìn)口的壓力脈動(dòng)峰峰值在此區(qū)域存在局部峰值。能量試驗(yàn)及高速攝像機(jī)內(nèi)流場(chǎng)拍攝表明,軸流泵內(nèi)流場(chǎng)運(yùn)行基本穩(wěn)定。研究表明此區(qū)域的產(chǎn)生為葉輪進(jìn)口外緣的切向速度受葉輪旋轉(zhuǎn)的誘導(dǎo)增長(zhǎng)較快,引起水流的沖角減小所致。2、在軸流泵失速前后,泵段均能穩(wěn)定運(yùn)行。而處于不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域,葉片背面尾緣近輪緣側(cè)出現(xiàn)不穩(wěn)定的通道渦結(jié)構(gòu),對(duì)應(yīng)葉輪進(jìn)口出現(xiàn)了不穩(wěn)定的來流速度分布,導(dǎo)致葉輪運(yùn)行不穩(wěn)定。在失速前,葉輪近輪轂和輪緣側(cè)已開始出現(xiàn)回流結(jié)構(gòu),失速后,葉輪通道內(nèi)形成的通道渦帶結(jié)構(gòu)相對(duì)葉片保持穩(wěn)定,渦帶與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相同,一直延伸至葉輪的進(jìn)口,在此渦帶的影響下,葉輪進(jìn)口的壓力脈動(dòng)向來流方向延伸,葉輪出口的壓力脈動(dòng)峰值開始大于葉輪進(jìn)口。流量揚(yáng)程的不穩(wěn)定為通道渦的不穩(wěn)定性造成,而失速后,揚(yáng)程降低是通道渦引起的水力損失過大所致。3、闡述了軸流泵葉輪室壓力脈動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)理,旋轉(zhuǎn)葉片吸、壓力面對(duì)固定葉輪室的作用而生成了壓力脈動(dòng),分析并解釋了壓力脈動(dòng)分布與葉輪進(jìn)口切向速度變化的關(guān)系。在流量揚(yáng)程曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)的地方,受間隙泄漏渦的影響葉輪進(jìn)口頻譜圖出現(xiàn)寬帶低頻分布。間隙泄漏渦在擴(kuò)散的同時(shí),頻率不斷發(fā)生變化,引起了進(jìn)口壓力脈動(dòng)出現(xiàn)了寬帶低頻的分布現(xiàn)象,且隨著流量減小,葉片正負(fù)壓力差值增大,泄漏渦增強(qiáng),影響范圍擴(kuò)大,頻率減小,分布范圍向低頻帶遷移。
[Abstract]:In this paper , the characteristics of axial flow pump are studied by means of axial flow pump . This paper describes the mechanism of the impeller chamber pressure pulsation , the pressure pulsation peak at the inlet of the impeller and the flow direction of the impeller .

【學(xué)位授予單位】：揚(yáng)州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TV136.2

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本文編號(hào)：1768179