【摘 要】
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本文针对黄河提灌工程用大流量离心泵叶轮由钢板组焊成型的特点,提出了在焊接之前轴向切割叶片,平移叶轮前盖板改变离心泵水力性能的方法,具有工程应用的价值,并对此展开了研究。叶轮作为离心泵最重要的水力元件,工程上多采用切割外径等手段定向改变泵的水力性能,增加产品通用性,降低泵站运营成本,本文平移叶轮前盖板的研究目的与其相对应。分别以MS124、M129、S700-500、M93、HS800-700-70
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本文针对黄河提灌工程用大流量离心泵叶轮由钢板组焊成型的特点,提出了在焊接之前轴向切割叶片,平移叶轮前盖板改变离心泵水力性能的方法,具有工程应用的价值,并对此展开了研究。叶轮作为离心泵最重要的水力元件,工程上多采用切割外径等手段定向改变泵的水力性能,增加产品通用性,降低泵站运营成本,本文平移叶轮前盖板的研究目的与其相对应。分别以MS124、M129、S700-500、M93、HS800-700-700五台离心泵作为研究对象,通过数值模拟的方法研究轴向平移叶轮前盖板对离心泵性能的影响,并结合理论分析,推导出离心泵性能变化的预测公式。本文主要研究成果如下:(1)研究发现,离心泵H-Q曲线随着叶轮前盖板平移而向下移动的同时逐渐变得陡峭,比转速越高的离心泵曲线形状变化得越剧烈。平移叶轮前盖板减小了叶轮与蜗壳内由流动分离所引起的水力损失,而大流量工况下平移前盖板则加剧了二次流与回流等现象,叶轮与蜗壳的流动状态进一步恶化导致水力损失增加。因此,平移前盖板后离心泵小流量工况的效率显著增加,而大流量工况的效率有所下降,高效点向小流量方向偏移,最高效率没有明显降低,离心泵η-Q曲线整体呈现向左平移的趋势。(2)与切割叶轮外径的方法对比发现,轴向平移叶轮前盖板后离心泵在小流量工况下具有相对较高的扬程与效率,有效拓宽了泵的型谱,具有工程价值和理论意义。基于理论推导出离心泵H-Q曲线随叶轮前盖板平移而变化的预测公式,并以数值模拟数据为基础,通过多元线性回归分析的方法修正换算公式。经过验证发现,叶轮前盖板平移幅度较小时,使用修正后的公式对比转速为120~140的离心泵的H-Q曲线进行换算,换算曲线在0.6Qd~1.2Qd工况内具有较高的精度。(3)对轴向平移叶轮前盖板后离心泵主要过流部件的非稳态特性进行分析发现,小流量工况下平移叶轮前盖板减弱了叶轮-隔舌的动静干涉作用,并降低了叶轮流道内回流旋涡所引起的低频压力脉动的幅值,但在大流量工况下,叶片压力面上二次流所引起的低频脉动强度增大。平移叶轮前盖板降低了叶片脱落涡撞击蜗壳隔舌引发的低频压力脉动的幅值,却增强了半螺旋吸入室内隔板与叶片的动静干涉作用。小流量与设计流量工况下,作用在叶轮上的稳态径向力随着前盖板平移均有所减小,径向力非稳态信号的脉动幅值也随之降低。(4)小流量工况下随着叶轮前盖板轴向平移,由吸入室隔板结构引起的叶轮流道内空化性能周期性恶化的现象有所减缓,离心泵的抗汽蚀性能增强。但存在最优点,超过最优点后继续平移前盖板会导致流动恶化,离心泵抗汽蚀性能下降,这个最优点随着工作流量的增加而提前出现。
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