不等间距叶片对离心泵性能影响分析

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1、收稿日期：2015-07-14修订日期：2015-11-13基金项目：国家自然科学基金（51309119）；江苏省工业支撑（BE2014879）；江苏高校优势学科建设工程资助项目（PAPD）作者简介：刘厚林，江苏溧水人，研究员，博士生导师，主要从事泵现代设计理论与方法的研究。镇江江苏大学流体机械工程技术研究中心，212013。Email:liuhoulin@ujs.edu.cn不等间距叶片对离心泵性能及压力脉动影响分析刘厚林，吕云，王勇，黄浩钦，董亮（江苏大学流体机械工程技术研究中心，镇江212013）摘要：为研究叶片不等间距对离心泵性能及压力脉动影响，为离心泵优化设计

2、提供依据，以一比转数为132.7离心泵为研究对象，基于转子自动平衡理论建立了3种叶片不等间距叶轮模型，并对模型泵全流场进行了CFD数值计算，获得了模型泵外特性、叶轮内流分布及蜗壳内压力脉动信息。利用外特性试验验证了计算方法的准确性，并对叶片不等间距与原等间距叶轮模型计算结果进行了对比分析。分析表明：叶片不等间距布置会使泵扬程降低，效率升高，且最小角间距越小，扬程下降越明显，效率上升越明显，但最小角间距为45°、50°、55°时，3个工况下的扬程、效率计算值变化幅度均保持在5%以内，满足设计要求；叶片不等间距布置后叶轮工作面附近的低速区更明显，且主要存在于较宽流道，最小角

3、间距越小，低速区范围越大；叶片不等间距模型在145Hz及其谐频处产生了新的压力脉动峰值，一定程度上改善了压力脉动频谱平稳性,其中最小角间距为45°、50°的2种模型在此处的脉动量整体比叶频处脉动量还大。该研究结果可为离心泵优化设计提供参考。关键词：离心泵；计算机仿真；压力；叶片不等间距；水力性能；压力脉动中图分类号：TH311文献标识码：A0引言离心泵是一种广泛应用于民生、军事等领域的通用旋转机械。离心泵运行过程中内部流动极为复杂，尤其是偏工况下经常伴有流动分离、汽蚀、振动等不稳定现象，影响机组正常工作[1]。因此针对离心泵性能及压力脉动进行研究，提高其稳定性、可靠性显

4、得尤为重要。针对离心泵性能和压力脉动问题，近年来国内外学者均已做了广泛研究。国外Jafarzadeh等[2]对照试验数据，数值模拟比较了不同的湍流模型对离心泵性能预测精度的影响，并分析了不同的叶片数目对离心泵性能的影响；Spence和Amaral-Teixeira[3-4]将数值模拟与实验相结合，研究了离心泵内的压力脉动，分析了几何参数变化对压力脉动和性能特性的影响；Kergourlay等[5]采用数值计算及试验测量的方法对分流叶片离心泵内的流场和压力脉动进行研究，发现分流叶片叶轮的周向速度和压力变得更均匀，可以降低泵的振动和噪声；Fortes-Patella[6]采用

5、了流体仿真方法对离心泵内部叶轮与蜗壳间动静干涉引起的瞬态流动开展了数值研究。除研究水力参数对水力机械性能的影响之外，国外早已开始研究结构参数对其的影响。早在1967年，Lowson[7]就提出了采用周向不等距叶片布置方式来降低轴流压缩机基频噪声的想法，之后这一方法得到了不断地发展和应用；1970年，Melli[8]提出通过不等节距叶片分布降低通风机噪声。国内方面，有关离心泵性能问题也有深入研究，如周凌九[9]、李随波[10]、孔繁余[11]等学者均有在离心泵性能实验、预测及优化等问题上开展相关工作。在对结构参数对泵性能的影响的研究上，姚志峰[12]等基于吸水室和压水室内

6、压力脉动分布规律分析了不同叶轮形式对双吸离心泵压力脉动影响；刘厚林[13-14,22]等采用CFD技术对多级离心泵内时序效应及径向导叶内压力脉动进行了研究，并通过分析叶轮出口宽度对噪声辐射的影响为离心泵叶轮优化提供依据；袁寿其[15-18]通过试验分析了单叶片离心泵多工况压力脉动和不同型式隔舌对离心泵动静干涉作用的影响；黄先北等[19]研究了无导叶离心泵蜗壳内低频压力脉动的产生机理；孙晓峰[20]通过对叶轮离散噪声的计算，对轴流风机不等距叶片对观察点基频噪声的影响进行了探讨；之后，马健峰[21]运用数值定性预测与实验测量相结合的方法分析了不等距叶片离心风机的气动噪声，证

7、实了实验结果与数值模拟结果在定性上吻合良好。由上述分析可见，不等间距叶片在气力机械中有着良好的应用效果，虽然目前已有关于结构参数对离心泵性能影响的报道，但尚未见关于叶片不等间距布置对泵性能影响的文献。由转子自动平衡理论分析，叶片的这种布置方式应用到离心泵上是可行的，因此本文基于转子自动平衡理论设计了三种叶片不等间距叶轮模型，希望探索不等间距叶片布置对离心泵性能的影响，并利用流体计算方法获得了离心泵内外特性信息，通过与原叶轮模型进行对比，研究叶片不等间距对离心泵性能及压力脉动影响，为离心泵的性能优化提供参考。1研究对象1.1离心泵结构参数该