低比转速离心泵蜗壳与叶轮匹配关系的数值研究

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作者：

周鹏

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摘要：

本文对离心泵内不同形式蜗壳与叶轮之间的匹配关系进行了较细致的数值研究,开展的主要工作有: 首先,根据蜗壳设计理论,在马蹄形断面蜗壳的基础上重新设计了圆形断面和矩形断面两种蜗壳,并分别将三种不同断面的蜗壳与同一叶轮组合进行了三维定常计算.计算结果表明,不同断面形式蜗壳对离心泵性能及其内部流动特性有一定影响.矩形和圆形蜗壳在大流量工况区的效率比马蹄形蜗壳有略微的提高,在设计工况点,矩形蜗壳的效率比马蹄形蜗壳低0.14%,但在大流量工况却高出了1.6%.在小流量工况圆形蜗壳的扬程比马蹄形蜗壳的扬程低了0.5m,矩形蜗壳和马蹄形蜗壳相差不大;在大流量工况马蹄形蜗壳的扬程有所降低,在1.4Qd时达到最低,比矩形蜗壳泵的扬程低了0.4m. 在定常计算的基础上,开展了三种蜗壳离心泵内部的非定常流动数值计算.计算结果表明,在设计流量下,各个叶道内的流动呈现出轴对称性的特征,并且不同时刻各个叶道内的流动变化不大;蜗壳进口周向平均压力分布比较均匀;非设计工况下,各个叶道内的流动不再具有轴对称特征.其中,在小流量工况,叶道内的流动受尾迹的影响很大,各叶道内靠近叶片吸力面距叶道出口2/3处产生了明显的旋涡,最靠近蜗舌的叶道出口的尾迹几乎占满了整个叶道的出口,致使对应的蜗壳进口处出现了回流现象.大流量工况下,离心泵叶轮内部的流动受尾迹的影响减弱,当叶轮尾部扫过蜗舌时,在靠近蜗舌的叶片尾部压力面处有明显的高速射流.蜗壳断面的形状对蜗壳内的脉动压力有一定的影响,在蜗舌部位,设计工况和大流量工况矩形蜗壳测点T2,T3的压力脉动的幅值比马蹄形蜗壳和圆形蜗壳的小,T1点的脉动幅值随蜗壳断面形状的改变变化较小;蜗壳壁面上第Ⅷ断面到第V断面的范围内的压力脉动随蜗壳断面形式的不同变化较为明显,设计工况和大流量工况矩形蜗壳壁面上各测点的压力脉动的幅值比马蹄形蜗壳和圆形蜗壳的小. 在非定常流动计算的基础上,对马蹄形蜗壳在三种流量工况下的流动噪声的偶极子声源进行了预测,并基于该预测结果,分别对矩形蜗壳和圆形蜗壳对应声源区域监测点的声源强度进行了计算,对比分析了不同蜗壳对偶极子声源强度的影响.结果表明,由于旋转叶轮和静止的蜗壳存在着很强的动静干涉,各个工况下偶极子声源所产生的噪声主要以离散噪声为主,同时含有一定的宽频成分.设计流量工况下,偶极子声源强度最大的位置主要在蜗舌靠近叶轮侧的测点附近的区域.非设计流量工况下,噪声源的范围较设计工况均有所扩大,声源的强度有较大的增幅.蜗壳断面的形状对于流动噪声的成分的改变影响不大,对偶极子声源强度的有一定的影响,设计工况和大流量工况下矩形蜗壳的强度要小一些.

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关键词：

离心泵 蜗壳 匹配关系 非定常流动 压力脉动 流动噪声

学位级别：

硕士

学位年度：

2009

DOI：

10.7666/d.D512664

被引量：

4