CN104791293A - 一种改善离心泵汽蚀性能的方法 - Google Patents

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赵飞
狄辉彬
凃程旭
李楠
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    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/18—Rotors
    • F04D29/22—Rotors specially for centrifugal pumps
    • F04D29/24—Vanes
    • F04D29/242—Geometry, shape
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
    • F04D29/669—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for liquid pumps

Abstract

本发明涉及一种改善离心泵汽蚀性能的方法。本发明通过减小叶片头部冲角，减小叶片与来流的冲击，叶轮头部液流与叶片的冲击状况得到改善，能够更好地适应来流。增大叶轮通道宽度，调整前后盖板曲线，减少液流从出口处吸入叶轮的冲击损失，改善离心泵有效工作区间，减少能量浪费。通过上述改进，使得泵内流体速度更均匀，改善局部压力过低现象，从而改善离心泵的汽蚀性能。

Description

一种改善离心泵汽蚀性能的方法
技术领域
本发明属于流体机械技术领域，涉及一种通过叶片叶型修改来改善离心泵汽蚀性能的方法。
背景技术
水泵是一种量大面广的通用机械产品。离心泵是泵类产品中数量最多，用途最广泛的产品之一。进行离心泵内部流动机理的基础性研究，提高离心泵的运行效率，不仅在节能和环保方面有巨大的经济效益，而且对推动我国泵行业的发展水平具有重要而深远的意义。
离心泵工作主体由吸水室、压水室和叶轮组成。叶轮作为离心泵最重要的部分，其工作的主体叶片的形状显著地影响着离心泵的性能。部分离心泵效率低下在于其设计时仅凭经验公式，缺少数值仿真验证，存在不少不合理的地方。叶片头部不合理的冲角会导致头部冲击，使流体的水力损失过大，从而离心泵的效率低下、扬程不高。叶片尾部宽度设计不合理，会导致离心泵性能曲线驼峰现象明显，严重制约其有效工作区间。这些不合理的设计导致离心泵在运行时其过流部分的局部区域（通常是叶轮叶片进口稍后的某处）抽送液体的绝对压力下降到当时温度下的汽化压力，造成液体汽化，产生蒸汽，形成气泡，气泡运动至高压区域破裂，此时液体质点高速填充空穴互相撞击形成水击，也就是汽蚀。因此，离心泵叶片叶型的优化有着巨大工程应用价值。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种提高离心泵性能，改善汽蚀现象的一种方法。
本发明解决技术问题所采取的技术方案为：
对叶片头部的进口安放角进行了修改，使叶片头部冲角减小，增大了叶轮通道宽度，并调整了前后盖板的型线。
所述叶片头部为叶片靠近叶轮旋转轴端口部分，具有导圆结构。
所述叶片进口安放角为叶型前缘中线切线与额线的夹角，下文将以                                               代替。
所述叶片头部冲角为叶片头部相对液流角与叶轮安装角之差，下文将以代替。
所述相对液流角为水流的相对速度与叶轮牵连速度的反向夹角，下文将以代替。
所述叶轮通道宽度为叶片末端前后盖板的垂直距离，既出口流道宽度，下文将以代替。
所述前后盖板型线为子午面型线。
本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：减小叶片头部冲角，减小叶片与来流的冲击，叶轮头部液流与叶片的冲击状况得到改善，能够更好地适应来流。增大叶轮通道宽度，调整前后盖板曲线，减少液流从出口处吸入叶轮的冲击损失，改善离心泵有效工作区间，减少能量浪费。通过上述改进，使得泵内流体速度更均匀，改善局部压力过低现象，从而改善离心泵的汽蚀性能。
附图说明
图1原型泵叶片头部冲角；
图2改进泵叶片头部冲角；
图3 原型泵叶型曲线；
图4 改进泵叶型曲线；
图5 原型泵叶片头部流动情况；
图6 改进泵叶片头部流动情况；
图7改型前后效率曲线；
图8原型泵叶片表面静压分布云图；
图9改型泵叶片表面静压分布云图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，原型泵进口安装角与相对液流角并不相等，二者的差即为冲角，此时叶片头部存在液流冲击。
图2所示为改进泵的进口安装角与相对液流角的关系，可以看出二者的差，既冲角，改善了叶片头部的冲击情况。
由图3和图4可知，针对叶型曲线的改动主要集中在叶片的出口宽度和前后盖板曲线上，改动后的叶片出口宽度相比与原型泵叶片出口宽度增大约20%，叶轮流道面积同比增大不少。
为了验证本发明的效果，采用数值模拟方法进行了验证。
本验证针对OTS125-500双吸中开离心泵，采用的流体为清水，采用ProE建模，Gambit划分网格，Fluent进行了三维湍流数值模拟，湍流模型为Realizable k-ε。在讨论叶片头部冲击情况时，选取的是50%叶高流面，对比叶型修改效率提升时选取的工况点为：39.62，93.14，128.26，174.47，213.52，249.26，279.33，323.19，382.88 m3/h，共8个。
图5显示了原型泵的叶片头部液体流动情况，此时叶片头部存在较大液流冲击，不仅浪费了流体的机械能也因为冲击造成泵工作时的噪声和使用寿命的减少。
改进泵的叶片头部液体流动情况可以从图6看出，相对于原型泵，叶片头部的冲角减小，降低了来流与叶片头部的冲击，改善了流动情况，该型泵效率的提升可以从图7看出。
从图8可以明显看出原型泵叶片背面进水口附近出现了大面积的负压区，这里是最容易产生汽蚀的区域，仿真结果与实际情况符合得很好。从图5也可以看出工作面压力分布比较平滑，压力梯度较合理。
对比图9和图8，可以看到改型后的泵无论在叶片工作面还是背面的静压分布都明显优于原型泵。工作面的压力梯度方向顺着叶片型线与中心面呈现一个锐角，均匀变化，叶片背面负压区消失，同时压力梯度分布也比原型泵更加合理，有效减小汽蚀对于叶片的破坏。
最后，根据通道内流动特点，对叶片型线进行了改进，使设计工况点的效率提高了0.86%，同时叶轮流道的低压区面积比原型泵时的小，叶片头部的流线也较原型泵更为合理。在改型时应该注意调整叶片的进口角，光顺叶片表面，减小液体进入叶轮时的冲击和干扰，并且由于双吸泵的特殊结构，应注意调整对称叶片交汇处的流道型线，减少两股液流的冲击损失。

Claims (1)

1.一种改善离心泵汽蚀性能的方法，其特征在于该方法具体是：对叶片头部的进口安放角进行了修改，使叶片头部冲角减小，增大叶轮通道宽度，并调整前后盖板的型线；
所述叶片头部为叶片靠近叶轮旋转轴端口部分，具有导圆结构；
所述叶片进口安放角为叶型前缘中线切线与额线的夹角；
所述叶片头部冲角为叶片头部相对液流角与叶轮安装角之差；
所述相对液流角为水流的相对速度与叶轮牵连速度的反向夹角；
所述叶轮通道宽度为叶片末端前后盖板的垂直距离，既出口流道宽度；
所述前后盖板的型线为子午面型线。
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