作者：耐酸泵      瀏覽量：3342次      日期：2021-9-1

        為了提高葉片耐酸泵抗汽蝕性能，降低相對(duì)流速，一般采用加大葉輪入口直徑設(shè)計(jì)，這樣也提高了汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)（Nss）和入口回流系數(shù)（SRF），當(dāng)入口回流系數(shù)達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，會(huì)導(dǎo)致高吸入能量耐酸泵的葉片損壞，同時(shí)也降低葉片耐酸泵在部分流量下工作的性能。對(duì)某高性能誘導(dǎo)輪葉片耐酸泵入口回流進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，提出了入口回流抑制方法并做出優(yōu)化設(shè)計(jì)，提升葉片耐酸泵在部分流量工作時(shí)的性能。
關(guān)鍵詞：葉片耐酸泵；汽蝕性能；入口回流系數(shù)；回流穩(wěn)定器
        抗汽蝕性能是葉片耐酸泵性能的一個(gè)重要方面，決定了耐酸泵的工作穩(wěn)定性和工作區(qū)間。為了提高葉片耐酸泵的抗汽蝕性能，一般采用雙吸入口葉輪或者加大葉輪入口設(shè)計(jì)方法，主要目的是降低葉輪入口處的相對(duì)流速，減少低壓區(qū)，從而提高汽蝕性能，而加大葉輪入口設(shè)計(jì)又可能帶來(lái)一些其它弊端。
        例如：提高了葉片入口外緣的圓周速度，當(dāng)耐酸泵在部分流量下（低于高效率點(diǎn)流量）運(yùn)行時(shí)，會(huì)導(dǎo)致葉輪入口區(qū)域的流體與葉片分離并形成循環(huán)渦流，這便是入口回流。對(duì)于高轉(zhuǎn)速高能量密度泵，這些渦流會(huì)在葉輪上產(chǎn)生很大的力，同時(shí)引起振動(dòng)或損壞。
葉片耐酸泵入口回流及回流穩(wěn)定器結(jié)構(gòu)
        表征入口回流強(qiáng)度的特征值定義為SRF（Suction Recirculation Factor），其計(jì)算公式是：
其中：Nss為葉片耐酸泵汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)（gpm, rpm, ft）
U1為葉片入口圓周速度，單位（ft/s）
S.G.為介質(zhì)比重
        以上表明：對(duì)于高吸入能量耐酸泵，也就是高汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)，大流量高轉(zhuǎn)速，高介質(zhì)密度會(huì)增加入口回流系數(shù)（SRF），入口回流引起耐酸泵振動(dòng)或損壞的可能性更大。文獻(xiàn)[1]給出了具體數(shù)值區(qū)間。
        在葉片耐酸泵吸入端增加入口回流穩(wěn)定器可以減少葉片入口回流、減輕紊亂渦流，捋順葉片入口流線，抑制回流。從而起到既提高耐酸泵抗汽蝕性能，又提高耐酸泵工作強(qiáng)度穩(wěn)定性，延長(zhǎng)泵的無(wú)故障工作時(shí)間（MTBF）。
        示出了回流穩(wěn)定器結(jié)構(gòu)，在葉輪前部外徑外側(cè)設(shè)置回流通道，將葉輪入口外側(cè)回流導(dǎo)回入口遠(yuǎn)端。序號(hào)1為回流穩(wěn)定器，離心輪前的誘導(dǎo)輪。
計(jì)算結(jié)果及分析
1.效率、揚(yáng)程、回流量對(duì)比分析    
        從以上計(jì)算數(shù)據(jù)可以得出：有回流穩(wěn)定器的模型，隨著耐酸泵流量的減小，通過(guò)回流穩(wěn)定器側(cè)壁的流量增加，穩(wěn)定了入口流量?；亓鞣€(wěn)定器對(duì)入口回流導(dǎo)流有效。優(yōu)化設(shè)計(jì)后，將誘導(dǎo)輪前緣圓弧段伸入到回流穩(wěn)定器中，提升了耐酸泵在部分流量工作時(shí)的誘導(dǎo)輪揚(yáng)程和效率。
2.流線圖對(duì)比分析
        中流場(chǎng)入口均在左側(cè)，從以上流線圖中可以得出：沒(méi)有加回流穩(wěn)定器的模型（a）在100%額定流量時(shí)入口側(cè)壁產(chǎn)生了回流區(qū)，在60%額定流量時(shí)，回流區(qū)擴(kuò)大，在30%額定流量時(shí)，回流區(qū)充滿入口管道，擠占了葉片入口來(lái)流。設(shè)置入口回流穩(wěn)定器（原設(shè)計(jì)）模型        （b）在全部30%-100%流量范圍內(nèi)葉輪入口均為平行來(lái)流，回流均通過(guò)回流通道流動(dòng)，改善了葉片入口流場(chǎng)分布。但是在葉輪遠(yuǎn)端，在部分流量時(shí)，回流會(huì)擠占入口流道，但這對(duì)葉輪入口附近了流場(chǎng)影響不大。
        在部分流量時(shí)，模型（b）在回流通道內(nèi)靠近葉輪側(cè)產(chǎn)生渦流，將誘導(dǎo)輪前緣圓弧段伸入到回流穩(wěn)定器中后，渦流消失，但此渦流對(duì)葉輪入口的流場(chǎng)影響不大。
3.汽蝕初生時(shí)的汽泡分布狀態(tài)對(duì)比分析
        從以上汽蝕汽泡的分布圖可以得出結(jié)論：增加回流穩(wěn)定器明顯減少了汽蝕初生時(shí)汽泡分布區(qū)域，顯著改善了葉片泵的汽蝕性能，特別體現(xiàn)在30%流量時(shí)。
將誘導(dǎo)輪前緣圓弧段伸入到回流穩(wěn)定器中，在30%流量時(shí)的汽泡分布區(qū)域?qū)Ρ饶Ｐ停╞），汽泡區(qū)域有所減少，略微改善了小流量時(shí)的汽蝕性能。
        葉片耐酸泵入口加回流穩(wěn)定器有效改善了葉片入口區(qū)域的流動(dòng)狀態(tài)，抑制了回流分布區(qū)域，減輕了入口渦流，顯著改善了葉片耐酸泵在部分流量下的汽蝕性能，對(duì)部分流量下的耐酸泵揚(yáng)程和效率有所提升，將誘導(dǎo)輪前緣圓弧段伸入到回流穩(wěn)定器中后，取得更略微優(yōu)化的效果。這些效果對(duì)于加大葉輪入口設(shè)計(jì)方案的高吸入能量耐酸泵很有益，會(huì)減輕振動(dòng)或損壞，建議高吸入比轉(zhuǎn)數(shù)葉片耐酸泵前加回流穩(wěn)定器。

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