图片
网站标志
图片
 
文章正文
JW0(M00~35型离心泵诱导轮设计
作者:管理员    发布于:2018-07-25 09:02:19    文字:【】【】【

  W20(M00~315型离心泵诱导轮设计刘厚林1庄宿国1俞志君2谈明高1(1江苏大学流体机械及工程技术研究中心,江苏镇江212013;2江苏振华泵业制造有限公司,江苏姜堰225500)数化CAD软件,并结合2维水力设计软件产生的数据,在Pro/E平台上成功开发了诱导轮3维造型软件。运用所开发的软件,进行了诱导轮设计,并对泵及诱导轮的气蚀性能进行了定常数值计算,得到了气蚀发生时泵及诱导轮内部气液两相分布规律,对临界气蚀余量下泵叶轮及诱导轮叶片表面的压力分布进行了分析,并对不同气蚀余量下泵叶轮以及诱导轮内部的空泡分布规律进行了探讨。试验验证表明:加装诱导轮后泵气蚀余量小于0.55m,满足设计要求。

  基金项目江苏省科技型企业技术创新资金资助项目(SBC200910518);科技部科技型中小企业技术创新基金资载系统,由于其工作特点及环境因素等,对气蚀性能要求较高。国内外众多研究表明,在改善泵气蚀性能的诸多措施中,加装诱导轮效果为显著,因此采用加装诱导轮来提高W200-10心315型离心泵的气蚀性能。为了提高设计精度和效率,缩短设计周期,开发出了功能完善的诱导轮水力设计软件及3维造型软件。

  设计软件,设计了一台诱导轮,并应用ANSYCFX软件在设计工况下对其进行了气蚀性能数值计算和分析,得到了气蚀发生时离心泵及诱导轮内部气液两相分布规律,对其规律进行了相应的探讨,并对数值模拟结果进行了试验验证。

  1诱导轮的水力设计与3维造型传统的诱导轮水力设计方法普遍采用2个翼型来确定诱导轮的形状,往往误差比较大,导致诱导轮制造加工精度较低,从而无法满足性能要求。

  为此,采用5个翼型来设计诱导轮叶片,提高了诱导轮水力设计的精度。采用C+ +程序语言,并结合ObectARX2008开发工具,在AutoCAD2008平台上开发出了功能完善的诱导轮水力设计软件,并在Pro/E平台上,在Pro/TOOLKIT环境下成功开发了诱导轮3维造型软件。

  开发的诱导轮2维水力设计软件进行诱导轮水力设计,在3维造型软件中读入2维水力设计软件产生的data数据文件,直接生成诱导轮的实体及水体3维模型。主要设计参数如下:轮毂直径为43mm;轮缘直径为166mm;轮缘断面包角为265.9°轮毂断面包角为418.1°轮毂进口角为34.34°;轮缘进口角为10°轮毂轴向长度为106.5mm;叶片数为2. 2计算模型及参数设置因为离心泵以及诱导轮水体部分较为复杂,所以划分适应性较强的非结构化四面体网格,网格单元总数为1. 106,其中叶轮网格数为6.61179X105,蜗壳网格数为3.026诱导轮网格数为4.62172X105.模型,气蚀模型采用Rayleigh-Plesset模型。输送介质为25°C的清水(饱和蒸气压为3169Pa)。近壁面处选用标准壁面函数,壁面边界采用无滑移边界条件,壁面粗糙度设为10pm.进口条件设为总压进口,通过调节进口总压,使泵内部发生气蚀,进口处水的体积分数设为1,气泡的体积分数设为0.出口边界条件设为质量出口以控制模型的流量,通过调节进口压力改变进口的有效气蚀余量,从而控制泵内部发生气蚀的程度3计算结果分析与试验验证3.1数值计算结果分析3.1.1压力场计算结果及分析为不加装诱导轮及加装诱导轮泵叶轮叶片压力面在临界气蚀余量下静压分布情况,其中不加装诱导轮泵的临界气蚀余量Np装诱导轮泵的临界气蚀余量Np=0.5m,临界气蚀余量为计算所得到的泵的扬程下降3时的气蚀余量不加装诱导轮(b)加装诱导轮临界气蚀余量下泵叶轮叶片压力面静压分布由可以看到泵叶轮叶片压力面静压分布都具有相同的趋势,即从叶轮进口到叶轮出口逐步增加。另外,还可以看到此时2种状态下叶片已存在较大的低压区,已发生严重的气蚀。对比(a)和(b)可以看到:加装诱导轮的泵叶轮叶片压力面压力远远大于不加装诱导轮的泵叶轮叶片压力面压力,这说明加装诱导轮提高了离心泵的气蚀性能为Np=0.5m下诱导轮叶片吸力面和吸力面(b)压力面临界气蚀余量下诱导轮叶片表面静压分布压力面静压分布情况,可以看出诱导轮叶片表面静压分布规律:叶轮通道内从进口至出口压力沿轴向逐渐增加,从轮毂至轮缘沿径向逐渐增加。诱导轮叶片上的压力低点位于吸力面叶片进口边外缘上,这里正是诱导轮气蚀破坏的重点部位,若诱导轮中发生气蚀,则在诱导轮外缘产生气泡,在沿轴向向前运动的过程中,由于轮毂侧液体在离心力作用下向外压,使气泡被控制在外缘局部并在诱导轮内凝结,因此不会造成整个流道的堵塞。

  这样,诱导轮可以在一定程度的气蚀状态下工作,且对其性能并无严重的影响。另外,在叶片压力面叶片尾缘靠近轮毂处还有一个低压区,这也是诱导轮容易发生气蚀的地方,主要是因为诱导轮的轮缘的压力高于轮毂的压力,形成了出口轮毂的涡流区间。

  3.1.2气相计算结果及分析(a)和(b)分别是在设计流量下,不加装诱导轮和加装诱导轮栗叶轮及诱导轮叶片的空泡体积分布。从中可以看出:随着有效净正吸头的降低,空泡在泵叶轮叶片表面的分布逐渐增加,并且逐渐由叶片的背面低压区域向流道内扩展;当达到叶片的工作面后,空泡对流道造成堵塞,这将影响叶轮内部的能量交换过程,严重时会引起外特性曲线的下降。空泡首先发生在泵叶轮叶片进口背面靠近后盖板处,这主要是由于该处和进口其他位置相比半径大,因此圆周速度大,相应进口压力损失和绕流引起的压降较大,此外还有液体转弯时离心力效应等因素。对比(a)和(b),可以得出:诱导轮对泵叶轮内的气蚀有很好的抑制作用,加装诱导轮后,泵叶轮内空泡明显减少。另外空泡在叶片表面的分布具有一定的不对称性,这种不对称分布是由于蜗壳等过流部件的不对称性而使叶片处在不同相位时其表面的压力不同,导致每个叶片表面空泡分布的不对称性。

  不加装诱导轮加装诱导轮泵叶轮叶片表面空泡分布(b)为NP=1.83m时泵叶轮及诱导轮叶片空泡分布情况,泵叶轮叶片进口靠近后盖板处开始出现空泡;随着有效正吸头的降低,诱导轮叶片前缘靠近轮缘处出现空泡,但空泡被控制在外缘局部并在诱导轮内凝结,没有造成整个流道的堵塞,泵性能并无明显影响;继续降低有效净正吸头,气蚀区的长度和厚度增加,沿着叶片背面填充流道,并且相对于泵叶轮流道,气蚀在诱导轮内的发展更加剧烈。

  为加装诱导轮和不加装诱导轮时气蚀性能曲线,由可以看出卩装诱导轮后泵的扬程较不加装诱导轮时有所提高,但变化不大。通过模拟结果可知不加装诱导轮时,泵的临界气蚀余量为2.2m,之后扬程开始迅速下降。加装诱导轮后,泵的临界气蚀余量降为0.5m,气蚀性能得到很好的改善,但是与不加装诱导轮时相比,发现当气蚀余量下降到临界气蚀余量时,加装诱导轮后泵的扬程下降曲线比不加装诱导轮时陡峭,其主要原因可能是诱导轮的轮缘的压力高于轮毂的压力,形成了出口轮毂的涡流区间,导致发生气蚀后,诱导轮叶片尾缘靠近轮毂处与泵叶轮进口之间堵塞现象比较严重。

  表1性能测试参数规定值测定值额定功率/kW泵效率/的现象,通过采用加装诱导轮的措施,改善了该泵的气蚀性能,并通过对其进行试验验证,各项性能良好,满足了设计要求。

  开发了诱导轮水力设计软件及3维造型软件,实现诱导轮水力设计及3维造型的参数化,提高了设计诱导轮的工作效率,也提高了诱导轮网格生成和数值计算的效率;分析了该泵及诱导轮在临界气蚀余量下,叶片表面的压力分布规律;对泵气蚀发生时的内部气液两相流场进行了分析,反映了泵内部的气蚀过程,得到了泵发生气蚀时泵叶轮及诱导轮叶片表面的空泡分布规律。

图片
脚注栏目
脚注信息
版权所有 Copyright(C)2012-2013 博山消防泵,博山水泵厂家——淄博博山华杰水泵厂