小流量下多級離心泵首級導葉內(nèi)部流動性能分析.pdf

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1、692化工機械2015正小流量下多級離心泵首級導葉內(nèi)部流動性能分析張玲+黃鵬杰鄒永修棟波(東北電力大學能源與動力工程學院)摘要采用標準模型對多級導葉式清水離心泵的內(nèi)部流場進行了數(shù)值模擬，對首級導葉內(nèi)部流動規(guī)律進行了分析。結(jié)果表明，性能曲線的預(yù)測值與實驗值趨勢基本一致；在小流量工況下，內(nèi)部流動局部紊亂，個別導葉流道內(nèi)出現(xiàn)較大的旋渦流，葉輪與導葉之間、導葉頭部偏向葉輪方向和葉輪末端邊緣處存在小范圍低壓區(qū)，在反導葉部分流道內(nèi)出現(xiàn)較大的渦流，可通過減小工質(zhì)進入的沖角及改變?nèi)~片幾何型線即延長動能向壓力能轉(zhuǎn)換過程等措施加以

2、改善，為水泵的優(yōu)化設(shè)計提供理論依據(jù)。關(guān)鍵詞多級離心泵導葉數(shù)值模擬汽蝕中圖分類號TQ051．1文獻標識碼A文章編號0254-6094(2015)05-0692-06多級離心泵因結(jié)構(gòu)先進合理、可靠性好的優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于發(fā)電和石油化工領(lǐng)域‘1。。當離心泵流場內(nèi)某處壓力低于所輸送水的汽化壓力時，就會發(fā)生汽蝕現(xiàn)象，從而對泵產(chǎn)生破壞，影響其運行效率’2。。隨著計算流體動力學(CFD)的不斷發(fā)展及流體仿真技術(shù)的進步，通過數(shù)值模擬對離心泵內(nèi)部流場進行研究已被廣泛采用"。。。劉宜等通過CFD技術(shù)對離心泵全流道三維空化流動進行了定

3、常和非定常數(shù)值模擬，結(jié)果與實驗結(jié)果相一致∞。。SteinmannA等分別采用Ray-leigh．Plesset空化模型和試驗方法分析了蝸殼泵在不同汽蝕余量下的汽泡流動分布以及汽泡潰滅的過程，兩種方法得到的結(jié)果基本吻合H。。楊孫圣等對某離心泵進行了定常數(shù)值模擬，獲得了泵發(fā)生汽蝕時的流場汽液兩相分布規(guī)律¨。。筆者針對某熱電廠變頻給水泵的小流量工況進行研究。當機組的負荷降低時，幾臺給水泵并聯(lián)運行時的總體出力超過了鍋爐的需求，造成很大的浪費。為降低電廠的廠用電率，將變頻給水泵與工頻給水泵并聯(lián)降壓運行，當調(diào)速范圍過大頻率

4、過低時，母管壓力降低，致使工頻泵流量過大，則變頻泵流量會相應(yīng)的減少，水泵在小流量高轉(zhuǎn)速運行時，容易發(fā)生振動，產(chǎn)生汽蝕，出力有所下降。筆者采用Fluent軟件對該變頻泵(DG85．80X10型多級離心泵)在小流量工況時的速度及壓力分布情況進行分析，紊流模型選用標準模型，確定易發(fā)生汽蝕的位置并提出相應(yīng)的改進措施，為水泵的優(yōu)化設(shè)計和進一步提高泵的效率提供依據(jù)。1模型的建立1．1幾何模型DG85—80×10型給水泵的性能參數(shù)和首級葉輪幾何參數(shù)如下：流量85m3／h級數(shù)10級總揚程800m轉(zhuǎn)速2950r／min效率65％

5、進口直徑145mm出口直徑252mm出口寬度21mm葉片數(shù)6圖1為多級泵首級葉輪與導葉流域部分實體模型。m張玲，女．1970年1月生，教授。吉林省吉林市，132012。第42卷第5期化工機械693圖2葉輪與導葉部分網(wǎng)格1．3控制方程連續(xù)性方程：塑+叢絲+旦絲+!!旦型：0(1)Ot3xd1do其中，P是水的密度，“、。、叫分別是流體在X、’-、z3個方向上的速度分量。動量方程：型Ot+掣=肛最OX一嘗彬．㈩az．’．a(chǎn)』．a(chǎn)x，其中，1．I。、“．(i√=1，2，3)為流體的各速度分量；上。、x，(i，j=1，

6、2，3)是各坐標的分量，p是流體的密度，P是壓力，pF。為作用在流體微團上的質(zhì)量力，“粘性系數(shù)。文中采用標準五．一s湍流模型。七和s對應(yīng)的輸運方程分別為：t方程警枷，囂=毒[(p+等)差]+p-p占cs，占方程魯+ll墮3x．=毒[(肛+參)毒】+兵甲P為湍動能生成壩：p=肛，(塑3x,+魯)熹曠以等G?=肛+魯S：=P—psG?訓魯s?=(c，P—C，ps)s／k(4)1．4邊界條件采用Fluent分離隱式求解器進行穩(wěn)態(tài)計算，壓力和速度的耦合采用SIMPLEC算法，對動量項、湍動能項和湍動能耗散率項采用二階迎

7、風差分格式，壓力項采用標準差分格式97進口邊界條件為速度進口。出口邊界為壓力出口，壁面條件為無滑移固壁條件，使用標準壁面函數(shù)確定固壁附近的流動“’。2計算結(jié)果與分析2．1性能預(yù)測揚程計算公式為：Ⅳ：盟+A：(5)pg式中‰。——出口總壓，Pa；P?！M口總壓，Pa；△z——葉輪進口與導葉出口在垂直方向的距離．m。效率計算公式為：17：p百gq,H(6)172百Lo，式中M——泵軸的輸出扭矩，N·m；，z——轉(zhuǎn)速，r／rain；q?！w積流量，m3／s。軸功率計算公式為：．v：pgq,H(7)葉利用以上公式，

8、對DG85—80×10型給水泵首級的能量特性曲線進行預(yù)測?其預(yù)測值和試驗值比較結(jié)果如圖3所示。694化工機械2015鉦c_效翠一流量圖3實驗與預(yù)測數(shù)據(jù)對比曲線由圖3可以看出：預(yù)測的揚程、軸功率和效率隨流量的變化趨勢與實際性能曲線基本一致，說明采用該紊流模型對多級泵進行數(shù)值模擬并預(yù)測其外特性可行。同時由于計算機資源及時問的限制，網(wǎng)格數(shù)相對比較少，并簡化了幾何模型，對計算準確性有一定的影響