离心泵叶轮后盖板切割量平衡轴向力的试验研究及模拟

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切割叶轮后盖板作为一种新型平衡轴向力方法,具有加工方便,节约成本等优点,但叶轮后盖板切割后,泵性能、泵腔压力、泄漏量等参数的变化目前还没有详细的论文进行说明。因此,本文以IS80-50-315型离心泵为研究对象,共设计出15种试验方案,每种试验方案均采用试验与数值模拟相结合的研究方法,研究叶轮后盖板切割量对离心泵性能、泵腔压力、泄漏量、轴向力等参数的影响。(1)对试验数据分析后发现,泵性能曲线随着叶轮后盖板切割量的增大不断下降,其中扬程的变化有迹可循,本文在切割定律基础上,提出了叶轮后盖板直径与扬程的关系公式,当指数n在0.851.11范围内取值时,计算值与试验值误差低于5%。对不同转速下泵性能曲线研究后发现,转速对泵性能的影响满足相似定律要求,最大偏差小于6%。(2)对泵腔压力的试验研究表明,前、后泵腔压力在叶轮后盖板切割前后沿径向分布是不相同的,随着叶轮后盖板切割量的增大,前、后泵腔压力不断下降,相比于前泵腔压力,切割叶轮后盖板对后泵腔压力影响较大,说明了切割叶轮后盖板能减少叶轮密封以上区域液体作用在叶轮上的盖板力。(3)叶轮后盖板切割后,后泵腔液体角速度修正系数是随着叶轮后盖板切割量不断变化的范围值,根据试验数据及相关计算公式,求得了切割区域液体角速度修正系数k1的取值范围为0.930.97,未切割区域液体角速度修正系数k2的取值范围为0.420.46。对比后泵腔压力的理论曲线和试验曲线后,发现两者吻合性较高,最大误差为4.17%,说明修正系数具有较高的可信度。(4)未切割叶轮后盖板时,轴向力方向指向叶轮进口方向,叶轮后盖板切割量ΔD=30 mm时,轴向力方向未发生变化但数值大幅减小,叶轮后盖板切割量ΔD=40 mm时,轴向力接近于零,随着切割量的继续增大,轴向力开始反向激增,说明切割叶轮后盖板能够有效减小轴向力,但切割量不宜过大,从减小轴向力角度来看,切割尺度应控制在30 mm40 mm左右。(5)在试验的基础上,采用数值模拟技术对各试验方案进行模拟研究,在对比泵扬程、效率的试验曲线与模拟曲线后,发现试验曲线与模拟曲线吻合性较好,说明模拟结果可信度较高。根据模拟结果对后泵腔内流场进行分析,研究结果表明,叶轮后盖板切割后,在后泵腔内形成旋涡,切割量越大旋涡的面积越大、个数越多,旋涡的存在以及叶轮结构的改变造成了泵扬程下降,效率降低。
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