【摘要】：為平衡軸向力,在葉輪后蓋板下部開(kāi)設(shè)平衡孔廣泛應(yīng)用于離心泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。平衡孔連通了平衡腔與吸入側(cè),使平衡腔的液體壓力降低,減小了作用在后蓋板上的壓力,從而消除或降低了軸向力。但由于液體從平衡腔流回吸入側(cè),產(chǎn)生了平衡孔的泄漏量,改變了離心泵內(nèi)部流場(chǎng),造成了容積損失,降低了離心泵的效率,甚至對(duì)泵的整機(jī)性能也帶來(lái)一定影響。因此,對(duì)開(kāi)設(shè)平衡孔離心泵內(nèi)液體泄漏量的準(zhǔn)確測(cè)量和計(jì)算尤為重要。而由于對(duì)離心泵內(nèi)部流場(chǎng)理論研究不完善,測(cè)量泄漏量的實(shí)驗(yàn)手段實(shí)施困難,準(zhǔn)確測(cè)量和計(jì)算離心泵內(nèi)液體泄漏量已成為行業(yè)難題。本文采用理論分析,實(shí)驗(yàn)測(cè)量,數(shù)值模擬的方法,對(duì)離心泵內(nèi)部流場(chǎng)結(jié)構(gòu)、泄漏量特性進(jìn)行了研究,并提出了離心泵內(nèi)液體泄漏量的計(jì)算方法,對(duì)工程實(shí)踐起到了一定的參考作用和實(shí)用價(jià)值。本文的主要研究工作有:1.引入了無(wú)量綱參數(shù),得到了后泵腔不同軸向位置的徑向速度分布,分析了各泵腔軸向間隙值對(duì)后泵腔液體徑向流動(dòng)的影響。結(jié)果表明:后泵腔軸向間隙s=10mm時(shí),外流區(qū)和壁面邊界層液體厚度約為后泵腔間隙值的20%,隨軸向間隙的增大,兩個(gè)區(qū)域液體厚度在不斷增大,s=8mm,s=4mm時(shí),分別約為軸向間隙值的30%,50%,相應(yīng)的湍流核心區(qū)的厚度在減小。當(dāng)s=1mm時(shí),湍流核心區(qū)厚度極小,不同軸向位置的徑向速度差別較大,此時(shí)徑向速度沿軸向的梯度最大。2.采用RNG k-ε湍流模型,對(duì)后泵腔間隙分別為1、4、8、12、16、20mm的全流道模型進(jìn)行數(shù)值模擬,分析了不同間隙值下,平衡腔液體壓力的分布規(guī)律和泄漏量的變化情況.結(jié)果表明:后泵腔軸向間隙增大,平衡孔進(jìn)口處平面和悶蓋壁面壓力隨之升高,這個(gè)變化在軸向間隙為4mm~16mm時(shí)較為明顯;同一工況下的平衡孔泄漏量隨后泵腔間隙值的增大而上升,對(duì)于同一泵腔間隙,平衡孔泄漏量隨流量的增大而較小。3.推導(dǎo)了與泵腔阻力系數(shù)、密封環(huán)阻力系數(shù)和平衡孔阻力系數(shù)相關(guān)的速度系數(shù)與隙徑比的關(guān)系曲線和泄漏量計(jì)算公式,由關(guān)系曲線可知隨隙徑比的增大,全流道速度系數(shù)也在增大。全流道速度系數(shù)與隙徑比的關(guān)系曲線和泄漏量計(jì)算公式可用于試驗(yàn)中對(duì)速度系數(shù)進(jìn)行預(yù)估和泄漏量的求解,關(guān)系曲線可以預(yù)估隙徑比在0.006~0.127的全流道速度系數(shù),再與泄漏量計(jì)算公式聯(lián)合,可求得不同泵腔軸向間隙的泵腔流道液體泄漏量。4.利用量綱分析方法,建立了平衡孔泄漏量的表達(dá)式,并通過(guò)對(duì)IS80-50-315型離心泵的數(shù)值模擬,獲得了在葉輪不同轉(zhuǎn)速工況下平衡孔泄漏量表達(dá)式坐標(biāo)點(diǎn),并利用origin軟件對(duì)坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行多項(xiàng)式擬合,建立平衡孔泄漏量的函數(shù)關(guān)系。結(jié)果表明:葉輪的旋轉(zhuǎn)阻礙了液體從平衡腔流回離心泵的吸入側(cè),且轉(zhuǎn)速越快,泄漏液體的阻力越大,平衡孔的泄漏量越小。5.利用浮動(dòng)葉輪試驗(yàn)臺(tái)開(kāi)展了泵腔流道泄漏量實(shí)驗(yàn),主要通過(guò)泄漏量測(cè)試裝置來(lái)研究不同平衡孔的泄漏量特性。在密封環(huán)半徑為89mm、長(zhǎng)度為15mm以及同一葉輪的不同直徑的平衡孔條件下,對(duì)后泵腔間隙為6mm的泵腔流道的液體壓力和泄漏量進(jìn)行了測(cè)試,間接的得到了不同平衡直徑的泵腔內(nèi)液體泄漏量特性。6.由量綱分析方法和數(shù)值模擬方法的聯(lián)合運(yùn)用所得到的平衡孔泄漏量函數(shù),對(duì)實(shí)驗(yàn)方法測(cè)得的泵腔流道泄漏量進(jìn)行了修正,提出了平衡孔泄漏量的確定一種新方法,為采用量綱分析、數(shù)值模擬、實(shí)驗(yàn)測(cè)量相結(jié)合研究離心泵平衡孔泄漏特性問(wèn)題提供了借鑒作用。
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圖片說(shuō)明： 圖 2.1 實(shí)體模型腔 4..平衡孔 5.平衡孔進(jìn)口處平面 6.悶蓋連續(xù)的區(qū)域離散化生成網(wǎng)格的一種方分。網(wǎng)格的生成過(guò)程是兩種不同坐的構(gòu)造方法對(duì)于離散的控制方程求解影響。合理的網(wǎng)格構(gòu)造對(duì)計(jì)算精度和網(wǎng)格線，并避免失真的網(wǎng)格�？煞譃榻Y(jié)構(gòu)化網(wǎng)格、非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。中與所有網(wǎng)格點(diǎn)存在數(shù)學(xué)上的邏輯關(guān)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，只需保存網(wǎng)格因此結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格存儲(chǔ)數(shù)據(jù)少，，網(wǎng)格坐區(qū)域中的各個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)則有不同的相鄰
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圖片說(shuō)明： （d） （e） （f）（a）進(jìn)口段網(wǎng)格 （b）前泵腔網(wǎng)格 （c）后泵腔網(wǎng)格 （d）葉輪網(wǎng)格（e）平衡腔網(wǎng)格 （f）渦室網(wǎng)格圖 2.2 流道網(wǎng)格2.2.3 計(jì)算方法選用 RNG k-ε 湍流模型封閉雷諾時(shí)均方程組，采用有限體積法離散控制方程，對(duì)湍流核心區(qū)域進(jìn)行模擬計(jì)算。壁面邊界層的求解，利用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)補(bǔ)充�？刂品匠痰臄U(kuò)散項(xiàng)采用中心差分格式離散，對(duì)流項(xiàng)則采用二階迎風(fēng)格式進(jìn)行離散�？刂品匠痰那蠼�，采用 SIMPLE 半隱式算法。由質(zhì)量守恒及進(jìn)口無(wú)旋假設(shè)得出進(jìn)口平面軸向流速，定義為速度進(jìn)口。而進(jìn)口平均速度可由不同工況下的流量和過(guò)流斷面面積確定，計(jì)算公式為QvS （2.6）式中，Q—不同工況下的流量
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TH311

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2515880