? ? ? ?近年來隨著電力事業(yè)的快速發(fā)展大容量高參數(shù)機組得到普遍應(yīng)用,對疏水泵提出了更高的要求。由于電廠工作條件惡劣,要求有良好的汽蝕性能?？蛊g性能設(shè)計有多種方法如加裝誘導(dǎo)輪或使用耐汽蝕材料等,但效果最好且簡單易行的方法仍然是從葉輪的設(shè)計方面入手改善吸人性能以提高汽蝕性能。本文通過對四種不同葉片布置形式葉輪內(nèi)部流場計算達到改善汽蝕性能優(yōu)化設(shè)計的目的為高抗汽蝕性能疏水泵的設(shè)計提供一種新的思路。

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? ? ? ?1、改善汽蝕性能的設(shè)計方案

? ? ? ?1.1長短葉片設(shè)計

? ? ? ?在離心泵葉輪內(nèi)部要完成流體動力學(xué)過程,因而它是承受汽蝕最多的元件。葉輪進口的結(jié)構(gòu)參數(shù)對離心泵的汽蝕性能有著決定性影響,特別是葉輪進口直徑和葉片的數(shù)目形狀進口邊的尺寸及布置位置參數(shù)選擇尤為重要。通常寬敞的葉輪進口流道對離心泵的汽蝕性能是有利的據(jù)這一思想葉輪采用長短葉片布置形式,將含有偶數(shù)葉片數(shù)的離心泵葉輪設(shè)計為長短葉片間隔的方式,通過調(diào)整葉片進口處幾何形狀,增大了葉輪喉部的過流面積,從而降低葉輪喉部的液體相對速度,使葉片進口的壓降系數(shù)減
小起到提高汽蝕性能的作用。

? ? ? ?1.2短葉片偏置

? ? ? ?將短葉片進口邊適當(dāng)向長葉片背面偏移,以此來改善葉輪及泵體內(nèi)的水力性能。短葉片偏置后在離心葉輪內(nèi)由于逆向壓力梯度的作用,使壁面邊界層從進口到出口不斷增厚在離心力和哥氏力的作用下產(chǎn)生二次流。短葉片向長葉片負壓面偏置能有效的阻止二次流的產(chǎn)生和發(fā)展同時由于長短葉片組成的流道變短擴散現(xiàn)象減小不易產(chǎn)生二次流和形成尾流區(qū)。

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? ? ? ?2、計算模型

? ? ? ?傳統(tǒng)疏水泵通常采用圓柱葉片的設(shè)計形式,近年來的研究表明,空間扭曲葉片在改善汽蝕性能方面效果更為有效,在葉輪設(shè)計中應(yīng)用日益廣泛。為使計算具有代表性本文采用的計算模型也采用空間扭曲葉片。根據(jù)以往研究結(jié)果,當(dāng)短葉片進口直徑過大時會導(dǎo)致效率和揚程急劇下降因此本文短葉片計算只在影響效率和揚程變化很小的范圍內(nèi)的四種模型。三個長短葉片計算模型和一個等長葉片計算模型。四種計算模型計算參數(shù)均為轉(zhuǎn)速n=2900min,流量Q28mh,揚程90m,比轉(zhuǎn)速n=342,葉片數(shù)z6短葉片幾何參數(shù)見下表

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? ? ? ?3、計算過程及結(jié)果分析

? ? ? ?由于疏水泵的葉片包角大扭曲嚴(yán)重,幾何形狀復(fù)雜所以網(wǎng)格劃分時采用適用性強對具有復(fù)雜邊界模型特別有效的非結(jié)構(gòu)化混合網(wǎng)格。在PrOENGINEER下生成葉輪流道三維實體模型,導(dǎo)入 GAMBIT20下進行網(wǎng)格劃分,壁面采用三角形網(wǎng)格計算區(qū)域內(nèi)采用四面體網(wǎng)格。采用商業(yè)CFD軟件 FLUENT6進行計算假設(shè)葉輪內(nèi)部流動為穩(wěn)態(tài)、不可壓流動。考慮Boussinesq渦粘性假設(shè),在湍流充分發(fā)展的湍流核心區(qū),采用適應(yīng)強旋轉(zhuǎn)流和帶彎曲壁面流的RNGκ湍流模型。在流動情況變化很大近壁區(qū)域特別是粘性底層湍流應(yīng)力幾乎不起作用。采用基于半經(jīng)驗公式的壁面函數(shù)法,在壁面區(qū)不進行求解,而是將壁面上的物理量與湍流核心區(qū)的求解變量直接聯(lián)系起來,得到與壁面相鄰控制體積的節(jié)點變量值。穩(wěn)定狀態(tài)葉輪以恒定的角速度旋轉(zhuǎn),建立與葉輪同步旋轉(zhuǎn)且與軸線重合的旋轉(zhuǎn)直角坐標(biāo)系(xy2),將直角坐標(biāo)系(xy)固定在葉輪上并繞z軸以恒定角速度旋轉(zhuǎn)。考慮各物理量在相鄰節(jié)點間分布曲線的曲率影響,采用壓強連接的隱式修正 SIMPLEC算法,應(yīng)用二階迎風(fēng)差分格式分離對流項。計算結(jié)果見表2。

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? ? ? ?制造長短葉片形式低比速離心泵一臺,在機被工業(yè)排灌機械產(chǎn)品質(zhì)量檢測中心(鎮(zhèn)江)進行各項性能試驗。表3為長短葉片汽蝕性能試驗曲線,從試驗結(jié)果可以看出,長短葉片的設(shè)計具有較好的汽蝕性能試驗實測汽蝕余量054m,與常規(guī)長葉片方案相比將葉輪設(shè)計長短葉片間隔形式后,由于葉輪喉部的葉片相對疏散,過流面積相對較大液流在喉部的相對速度WK變小即泵的汽蝕。

? ? ? ?由長短葉片泵試驗的性能曲線(表4)可以看到長短葉片的設(shè)計并沒有使泵在大流量點的量揚程和效率發(fā)生大的改變,即流量揚程曲線、流量-軸功率曲線、流量效率曲線在大流量點沒有發(fā)生陡降而流量汽蝕曲線仍趨于平緩能夠達到安全穩(wěn)定運行的目的。

? ? ? ?4、結(jié)論

? ? ? ?本次應(yīng)用CFD技術(shù)設(shè)計的長短葉片形式葉輪疏水泵在諫壁電廠低加回?zé)嵯到y(tǒng)中已應(yīng)用近兩年汽蝕性能良好,表明在疏水泵葉輪設(shè)計時通過調(diào)整短葉片進口形狀及位置結(jié)合CFD技術(shù)對不同葉片形式的葉輪分別進行三維湍流數(shù)值模擬能夠較好地了解其葉輪內(nèi)部流場分布獲得繞葉片水流的運動狀態(tài)。彌補了試驗方法在抗汽蝕性能設(shè)計中設(shè)計周期長和費用高的不足,對提高疏水泵的汽蝕性能有一定的作用。