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1、第28卷 第2期石 油 機 械2000年!試驗研究#X流量對離心泵蝸殼內壓力及速度分布的影響XX張武高陳曉玲 曹廣軍(清華大學)(石油大學·北京)摘要 用等速度系數法設計的矩形斷面離心泵蝸殼內,在蝸殼側面沿圓周方向試驗測量了各種流量下中軸垂面上壓力的分布,并通過激光多普勒測速儀測量了不同流量下蝸殼內的速度場。通過分析壓力測量結果,指出離心泵在小流量工況時,蝸殼內沿液流方向的壓力分布呈現出由大變小再變大的分布規(guī)律;中高流量工況時,蝸殼內壓力分布的“降速擴壓”特征明顯。弄清這種分布規(guī)律對提高離心泵的性能及蝸殼優(yōu)化設計具有指導意義?！ ≈黝}詞 離心泵 蝸殼 流量 壓力 速度
2、影響 目前,國內外離心泵蝸殼水力性能的研究主要蝸殼側壁附近速度分布基本一致。測量蝸殼內流體集中在數值模擬方面,對試驗研究的報道相對較流速的儀器為激光多普勒測速儀(LDV)。測量時,少。在設計蝸殼型線時,一般假設其內部流動為等在蝸殼的第Ⅳ、Ⅵ、Ⅷ斷面及蝸殼出口斷面分別開速流動或等動量矩流動,但這種假設只有它工作在設了窗口,開設窗口位置如圖2所示。設計流量附近時才有一定的準確性。當泵送流量偏離設計流量時,這種假設與實際流動狀況偏差較大。同時,蝸殼內的流動理論中,蝸殼流道中的速度分布與壓力分布的關系、流量對它們的影響等內容,都并不十分清楚。因此,測量及分析離心泵蝸殼內的壓力
3、與速度分布、流量對速度及壓力分布規(guī)律的影響,對豐富蝸殼內的流體流動理論和指導離心泵蝸殼的型線設計,具有重要的意義。圖1 蝸殼側壁壓力測量點布置示意圖試驗布置及參數蝸殼的水力設計一般采用兩種方法:速度系數法與角動量守恒原理。筆者利用等速度系數法進行蝸殼設計。蝸殼斷面形狀是矩形,離心泵的設計流3量25m/h,設計轉速為1450r/min。測壓孔沿蝸室側面布置見圖1。壓力用U形管壓力計測量。試驗中發(fā)現,在試驗工況穩(wěn)定后,蝸圖2 蝸殼速度測量斷面開窗示意圖室側壁壓力基本穩(wěn)定,這種結果與測量得到的靠近X本研究得到教育部博士點基金的資助。XX張武高,生于1969年,1997年畢業(yè)于
4、石油大學(北京)機電工程系,獲博士學位,現在清華大學汽車工程系做博士后研究工作。地址:(100084)北京市海淀區(qū)。電話:(010)62785706。E-mail:cxlzwg@263.net。(收稿日期:1999-04-29;修改稿收到日期:1999-07-09)?1994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net第28卷 第2期張武高等:流量對離心泵蝸殼內壓力及速度分布的影響11試驗線路中的流量測量采用渦輪流量計,并在流的高壓流體使葉
5、片出流阻塞嚴重,此時蝸殼斷面使用之前利用高精度的質量流量計進行了校核。內的流體中回流占較大比例,壓力較高;隨著蝸殼包角的增大,蝸室截面積增大,回流流體與葉輪內試驗結果及分析的低壓出流之間的摻混作用增強,使蝸殼內的壓力降低;隨著蝸殼包角的進一步增大,蝸殼的降速擴試驗發(fā)現,流量一致的條件下,各種不同的葉壓作用越來越明顯,使得蝸殼內的壓力逐漸升高。輪工作時,蝸殼側壁壓力分布都具有相似的特征,中高流量工況下,擴散管內壓力相對較低,葉因而下面僅以22°出口角葉輪、泵軸轉速為1450r/片進出口壓差減小,蝸室內壓力對葉輪出流的阻礙min的情況為例,說明泵在各種流量下蝸殼內的壓作用減
6、弱;同時,葉輪出流量增大,出口附近流體力分布規(guī)律。速度也相應提高,對隔舌區(qū)域可能出現的回流流體圖3是不同流量下蝸殼內壓力分布圖。的排擠作用增強,造成回流量相對減少。這種情況下,蝸室斷面幾何尺寸成為影響壓力分布的主要因素,使得蝸殼內的壓力分布的“降速擴壓”特征越來越明顯。最優(yōu)工況下,蝸殼內壓力逐漸增大,但部分負載工況下,蝸室內的壓力分布與最優(yōu)工況下的差距較大。這種壓力分布,無疑會對蝸殼乃至葉輪流道內的流動造成一定的影響。蝸室側壁壓力場的測量,可以解釋泵與蝸殼內的流動分布(特別是泵工作在部分負載工況時的流動特性)以及泵的外特性。圖3 蝸室側壁壓力隨流量的變化關系為了進一步弄
7、清蝸殼內側壁面附近的壓力分布由圖3可以發(fā)現,當泵工作在小流量區(qū)域時特點,下面以第Ⅵ斷面內的速度分布曲線(如圖4(Q=0123Qopt),蝸室側壁沿液流方向從隔舌到出所示)為例,對壓力分布予以說明。圖4中,H6為口,壓力分布明顯分為降壓區(qū)與升壓區(qū),且降壓區(qū)矩形截面渦殼第Ⅵ斷面的軸向厚度,vu為液流速約占蝸殼包角的1/2;中等流量時(Q=016Qopt),度,u2為葉輪外緣圓周速度。蝸殼內壓力分布相對較為平穩(wěn),雖然仍然有類似小觀察第Ⅵ斷面內的速度分布圖可以發(fā)現,主流流量工況下的壓力分布特征,但相比之下,壓力差(切向)速度基本不隨流量的減小而降
