变频给水泵小流量并联运行发生汽蚀的分析

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1、第34卷第l期东北电力大学学报V【】I．34．NIl_l2014年2』】JournalOfNortheastDianliUniversity}’t、I】．．20l4文章编号：l(x)5—2992(2014)01—0005—05变频给水泵小流量并联运行发生汽蚀的分析解海龙，李海强，刘袖，房子俊(东北电力大：能源动力I：程院，。林’林132012)摘要：白城市某电厂母管制给水系统并联运行的给水泵，其中一台变频泵运行时发生J汽蚀．一般来讲，多级泵只在首级发生汽蚀，但是该变频泵的后儿级样发生了汽蚀、由于

2、后儿级压力远高于水的汽化压力，给水寿f后几级的汽蚀，从压力降低到汽化压力的角度无法解释发生汽蚀的原冈：测范恫过大时，水泵只有小物流量输出甚至无流量。针对这种情况，使川CFD软件Fluent对变频内部流场进行模拟，模拟水泵在小流量运行时，水泵流道内局部速度场的分布，分析流道『大】是否漩涡仔、研究流场的速度变化以及水泵导叶内的漩涡分布情况，分析漩涡产生的汽蚀的分布。关键词：多级离心泵；并联运行；小流量；汽蚀；数值模拟’中图分类号：TK224．9文献标识码：A吉林省某电厂由于以热定电的负荷特点，使机组

3、经常在偏离额定工况较多的情况下运行，并且采暖期负荷调节频繁。由于给水泵的扬程(7．99MPa)远大于汽包的压力(5．83MPa)，原涮节方式为电动凋节阀节流调节针‘对这种情况该厂母管制给水系统进行了变频改造，采取变频调节方式。该厂共4台DG85—80×l0多级离心给水泵(其中一台备用)，l一3号给水泵工频运行，4号给水泵变频运行。进行变频改造后节能效果明显，但是运行一段时间之后发现变频泵运行时有振动现象并伴有较大噪音。初步判断泵发生r汽蚀，检修时发现变频泵叶轮及导叶损坏严重，确实发生了汽蚀。针对

4、上述情况本文采用CFD软件Fluent对泵内流场进行研究。采用变频调节时，节流阀开度随频率的降低逐渐增大，母管压力逐渐降低，：[频泵的流量将逐步增加，母管总流量保持不变，变频泵的转速、流量和扬程随频率减小都将下降；当频率降低到一定程度，变频泵的扬程小于工频泵时，变频泵的流量将会降为零。而此过程中当水泵流量小于最小允许流量时，叶轮仍以交高转速旋转，这种情况F水泵极易发生汽蚀。汽蚀会使水泵的各项参数下降，能耗增加，更严重的是会损坏水泵．见图l。1模型的建立列1叶轮汽蚀破坏1．1水泵参数：叶片数为6片

5、，径向式导叶，实际运行时的流量75t／h，进FI水温104℃，必须汽蚀余量NPSHr=4．5n收稿日期：20I3一10—10作者简介：解海龙(1954一)，男，辽宁省新市人，东北电力大学能源与动力工程学院教授，硕士，主要研究方向：电厂热力没备龄测6东北电力大学学报第34卷1．2建立模型以该热电厂母管制运行的锅炉给水泵的变频泵为研究对象，根据水泵的几何参数，应用Solidworks三维绘图软件进行建模，见图2剖面图。选取给水泵的首级为研究对象，将实体模型另存为．stp格式导人Fluent前处理器G

6、ambit对模型进行处理，为减少边界条件对计算结果的影响，对水泵的首级的进出口计算区域进行了延伸，采用四面体非结构化网格对模型进行网格划分，合计网格数量2189579，见图2。1．3控制方程及算法本文用Mixture汽蚀模型，应用压力基求解，所用求解器的基本方程是三维不可压缩N—S方程，湍流模型采用RNG型一s模型。压强一速度关联算法选择SIMPLEC格式，由于模型较为复杂，适当的减小亚松弛因子以确保曲线收敛。离心泵中的流动，可认为是绝热过程，不考虑能量守恒方程，只求解质量方程和动量方程即可。1

7、．4滑移网格技术和边界条件设置降I2水泵摸利剖面陶使用滑移网格模型(Slidingmesh)求解给水泵的汽蚀问题。水泵入口采用速度入口边界条件，出口为压力边界条件，湍流参数的指定方式采用湍流动能和湍流耗散率由水泵的相似定律确定不同频率下的水泵的转速，通过改变进口速度大小以及叶轮的转速大小来模拟给水泵在不同工况下的流场分布。当流量为0时，将入口流速设置为0。1．5并联运行的特点图4中，曲线M／N为各水泵单独运行时的特性曲线，曲线+Ⅳ为两台泵都在工频下并联运行时的特性曲线。R为管路特性曲线，虚线n．

8、、n、n分别是图3流场模型及网格划分变频泵在不同转速下的特性曲线。n为变频泵的最小允许转速对应的性能曲线，如果频率继续降低，转速继续减小，变频泵的出口压力就会小于母管压力，无法向外输出流量，假设为曲线n。此时两泵并联运行时的性能曲线就相当于单台水泵运行时的曲线，即I"l曲线。变频泵只消耗功率没有流量输出，其效率降到最低，在此状态下运行水泵极易发生汽蚀。实线nl、，z1、，，分别是变频泵在不同的转速下与工频泵并联时的特性曲线()额定工况下两台水泵并联运行时工作点C的流量是Q两台水泵的工况点都为D，