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双吸泵空化流场压力脉动分析

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双吸泵空化流场压力脉动分析

发布日期:2019-05-13 作者:天海泵业 点击:

离心泵内实际的流动是三维、粘性、非定常的流动,空间任何一点的状态都是随时间变化的。国内外的大量实验和理论研究表明,水泵内非定常流动影响着叶片载荷、效率特性等各方面的性能。其中,空化和动静干涉是引起水泵内部压力脉动的两个主要因素。

双吸泵

与空化相关的压力脉动,对水力系统的稳定性、系统运行有很大影响,人们也对此展开了大量研究。目前空化流场中压力脉动的研究已涉及到多种装置系统,如反向磁盘[1],灌排双向立式泵装置[2]、蝶形阀[3]、喷嘴[4]、诱导轮[5]、离心泵[6]和水轮机[7]等。基于大量研究可发现,汽蚀对压力脉动的影响(除叶频或轴频外)主要体现在两个方面,一是出现低频成分,周华[8]、王泽军[9]和李胜才[10]等通过试验得出低频压力脉动是空化发生的伴生现象。二是可能出现高频脉冲成分,是指空泡溃灭和回弹所发射的脉冲,在空化压力脉动中以高频分量的形式出现。通常空泡在破裂的过程中不但出现“噼啪”噪音,而且形成所谓的空化脉动,空化脉动诱导生成高频压力脉冲[11]。

研究表明,离心泵内部的动静干涉是引起压力脉动的主要原因之一,文献[12,13,14]成功地捕捉了叶轮-蜗壳的动静干涉作用引起的流场非定常流动特性。潘中永等[15]认为动静干涉是导致泵内部流动不稳定的一个重要原因,这种流动不稳定性明显的特征就是引起的内部压力脉动的主频与叶片通过频率相同。Parrondo Gayo等[16]测试了离心泵蜗壳圆周方向的压力脉动,揭示了流量和叶片/隔舌位置是引起脉动的主要原因,并指出脉动值出现在距离隔舌的位置和小流量工况时。文献[17,18,19]指出,离心泵内部的压力以叶片旋转频率发生周期性变化,且额定流量时的压力波动幅度比偏工况时要小。倪永燕[20]和耿少娟[21]等也采用商用软件对离心泵全流道内进行了非定常湍流模拟,研究进一步表明叶轮和隔舌的动静干涉对叶轮流道出口压力脉动影响显著。

上述研究虽然使我们对空化和动静干涉引起的流场不稳定流动有了理解,但二者相结合对水泵脉动的影响仍有待于深入研究。计算以一台在现场运行ns=270的双吸泵为例,对其在设计工况(1.0Qo)下,倒灌1m时的非定常空化流场进行压力脉动分析,旨在探寻该重庆水泵振动的主要来源并给出有效的改进建议。

该比转速ns=270型双吸泵,其流量Qo=2900m3/h,扬程H=15m,叶片数Z=6,转速n=990rpm,NPSHr=5.2m。计算域由吸水室、叶轮及压水室组成。划分网格时采用非结构化四面体网格,并在叶片头部及尾部,压水室隔舌处进行加密,计算域见图1。进行网格无关性检查时,当扬程的相对误差低于0.5%便可认为网格对计算结果无影响,然后确定网格总数为255万。

边界条件在入口设为总压,进口处水的体积分数设为1,气泡的体积分数设为0。出口边界设为质量出口以控制模型的流量

空化计算应用均质多相模型和Zwart-Gerbe-Belamri空化模型来考虑空泡的生长与溃灭,介质的饱和蒸汽压力设置为3574Pa,空泡的平均直径为2*10-6m。湍流模型选用RNG模型,该模型主要的优点为:考虑到壁面上大尺度分离的影响,能有效地处理高应变率及流线弯曲程度较大的流动,所以在预测流体机械中三维非定常流动,能得出很好的结果。

 

 

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