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1、第28卷 第2期石 油 機(jī) 械2000年!試驗(yàn)研究#X流量對離心泵蝸殼內(nèi)壓力及速度分布的影響XX張武高陳曉玲 曹廣軍(清華大學(xué))(石油大學(xué)·北京)摘要 用等速度系數(shù)法設(shè)計(jì)的矩形斷面離心泵蝸殼內(nèi),在蝸殼側(cè)面沿圓周方向試驗(yàn)測量了各種流量下中軸垂面上壓力的分布,并通過激光多普勒測速儀測量了不同流量下蝸殼內(nèi)的速度場。通過分析壓力測量結(jié)果,指出離心泵在小流量工況時(shí),蝸殼內(nèi)沿液流方向的壓力分布呈現(xiàn)出由大變小再變大的分布規(guī)律;中高流量工況時(shí),蝸殼內(nèi)壓力分布的“降速擴(kuò)壓”特征明顯。弄清這種分布規(guī)律對提高離心泵的性能及蝸殼優(yōu)化設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義?！ ?/p>
2、主題詞 離心泵 蝸殼 流量 壓力 速度 影響 目前,國內(nèi)外離心泵蝸殼水力性能的研究主要蝸殼側(cè)壁附近速度分布基本一致。測量蝸殼內(nèi)流體集中在數(shù)值模擬方面,對試驗(yàn)研究的報(bào)道相對較流速的儀器為激光多普勒測速儀(LDV)。測量時(shí),少。在設(shè)計(jì)蝸殼型線時(shí),一般假設(shè)其內(nèi)部流動(dòng)為等在蝸殼的第Ⅳ、Ⅵ、Ⅷ斷面及蝸殼出口斷面分別開速流動(dòng)或等動(dòng)量矩流動(dòng),但這種假設(shè)只有它工作在設(shè)了窗口,開設(shè)窗口位置如圖2所示。設(shè)計(jì)流量附近時(shí)才有一定的準(zhǔn)確性。當(dāng)泵送流量偏離設(shè)計(jì)流量時(shí),這種假設(shè)與實(shí)際流動(dòng)狀況偏差較大。同時(shí),蝸殼內(nèi)的流動(dòng)理論中,蝸殼流道中的速度分布與壓力分布的
3、關(guān)系、流量對它們的影響等內(nèi)容,都并不十分清楚。因此,測量及分析離心泵蝸殼內(nèi)的壓力與速度分布、流量對速度及壓力分布規(guī)律的影響,對豐富蝸殼內(nèi)的流體流動(dòng)理論和指導(dǎo)離心泵蝸殼的型線設(shè)計(jì),具有重要的意義。圖1 蝸殼側(cè)壁壓力測量點(diǎn)布置示意圖試驗(yàn)布置及參數(shù)蝸殼的水力設(shè)計(jì)一般采用兩種方法:速度系數(shù)法與角動(dòng)量守恒原理。筆者利用等速度系數(shù)法進(jìn)行蝸殼設(shè)計(jì)。蝸殼斷面形狀是矩形,離心泵的設(shè)計(jì)流3量25m/h,設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為1450r/min。測壓孔沿蝸室側(cè)面布置見圖1。壓力用U形管壓力計(jì)測量。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),在試驗(yàn)工況穩(wěn)定后,蝸圖2 蝸殼速度測量斷面開窗示意圖室側(cè)
4、壁壓力基本穩(wěn)定,這種結(jié)果與測量得到的靠近X本研究得到教育部博士點(diǎn)基金的資助。XX張武高,生于1969年,1997年畢業(yè)于石油大學(xué)(北京)機(jī)電工程系,獲博士學(xué)位,現(xiàn)在清華大學(xué)汽車工程系做博士后研究工作。地址:(100084)北京市海淀區(qū)。電話:(010)62785706。E-mail:cxlzwg@263.net。(收稿日期:1999-04-29;修改稿收到日期:1999-07-09)?1994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.h
5、ttp://www.cnki.net第28卷 第2期張武高等:流量對離心泵蝸殼內(nèi)壓力及速度分布的影響11試驗(yàn)線路中的流量測量采用渦輪流量計(jì),并在流的高壓流體使葉片出流阻塞嚴(yán)重,此時(shí)蝸殼斷面使用之前利用高精度的質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行了校核。內(nèi)的流體中回流占較大比例,壓力較高;隨著蝸殼包角的增大,蝸室截面積增大,回流流體與葉輪內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果及分析的低壓出流之間的摻混作用增強(qiáng),使蝸殼內(nèi)的壓力降低;隨著蝸殼包角的進(jìn)一步增大,蝸殼的降速擴(kuò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),流量一致的條件下,各種不同的葉壓作用越來越明顯,使得蝸殼內(nèi)的壓力逐漸升高。輪工作時(shí),蝸殼側(cè)壁壓力分布都具有
6、相似的特征,中高流量工況下,擴(kuò)散管內(nèi)壓力相對較低,葉因而下面僅以22°出口角葉輪、泵軸轉(zhuǎn)速為1450r/片進(jìn)出口壓差減小,蝸室內(nèi)壓力對葉輪出流的阻礙min的情況為例,說明泵在各種流量下蝸殼內(nèi)的壓作用減弱;同時(shí),葉輪出流量增大,出口附近流體力分布規(guī)律。速度也相應(yīng)提高,對隔舌區(qū)域可能出現(xiàn)的回流流體圖3是不同流量下蝸殼內(nèi)壓力分布圖。的排擠作用增強(qiáng),造成回流量相對減少。這種情況下,蝸室斷面幾何尺寸成為影響壓力分布的主要因素,使得蝸殼內(nèi)的壓力分布的“降速擴(kuò)壓”特征越來越明顯。最優(yōu)工況下,蝸殼內(nèi)壓力逐漸增大,但部分負(fù)載工況下,蝸室內(nèi)的壓力分布
7、與最優(yōu)工況下的差距較大。這種壓力分布,無疑會(huì)對蝸殼乃至葉輪流道內(nèi)的流動(dòng)造成一定的影響。蝸室側(cè)壁壓力場的測量,可以解釋泵與蝸殼內(nèi)的流動(dòng)分布(特別是泵工作在部分負(fù)載工況時(shí)的流動(dòng)特性)以及泵的外特性。圖3 蝸室側(cè)壁壓力隨流量的變化關(guān)系為了進(jìn)一步弄清蝸殼內(nèi)側(cè)壁面附近的壓力分布由圖3可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)泵工作在小流量區(qū)域時(shí)特點(diǎn),下面以第Ⅵ斷面內(nèi)的速度分布曲線(如圖4(Q=0123Qopt),蝸室側(cè)壁沿液流方向從隔舌到出所示)為例,對壓力分布予以說明。圖4中,H6為口,壓力分布明顯分為降壓區(qū)與升壓區(qū),且降壓區(qū)矩形截面渦殼第Ⅵ斷面的軸向厚度,vu為液流
8、速約占蝸殼包角的1/2;中等流量時(shí)(Q=016Qopt),度,u2為葉輪外緣圓周速度。蝸殼內(nèi)壓力分布相對較為平穩(wěn),雖然仍然有類似小觀察第Ⅵ斷面內(nèi)的速度分布圖可以發(fā)現(xiàn),主流流量工況下的壓力分布特征,但相比之下,壓力差(切向)速度基本不隨流量的減小而降
