基于CFD的离心泵轴向力计算与试验

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1、万方数据209年1月农业机械学报第40卷第1期基于CFD的离心泵轴向力计算与试验*施卫东李启锋陆伟刚张德胜(江苏大学流体机械工程技术研究中心，镇江212013)【摘要】离心泵特别是高压多级泵的设计中，轴向力的预测是一个关键的问题。现有的2种轴向力预测方法。试验测量耗费时间和财力，而采用经验公式计算，其精度及适用性又较差。本文以CFD技术为基础，对一台井用潜水泵内部流场进行数值模拟，得到泵轴轴端及叶轮表面的压力分布，从而预测出泵的轴向力。对泵样机进行轴向力试验，得到其全工况下的轴向力分布。比较泵主要工况下预测值与试验值，结果较为一致，且预测值最大误差小于10％。关键词：离心泵叶轮轴向力压

2、力分布数值模拟中图分类号：TH311文献标识码：AEstimationandExperimentofAxialThrustinCentrifugalPumpBasedonCFDShiWeidong．LiQifengLuWeigangZhangDesheng(Technology＆ResearchCenterofFluidMachinery&Engineering，JiangsuUniversity，Zhenjiang212013，China)AbstractTheforecastofaxialthrustisapivotalprobleminthedesignofcentrifugal

3、pumps，especiallyinmultistagepumps．Theexistingaxialthrustpredictmethodsalwayscosttoomuchtimeandresourceinexperiment；theexperientialformulahaslowerprecisionandnarrowapplicationrange．Throughthenumericalsimulationoftheinternalflowfieldofdeepwellpump，thispaperobtainedthepressuredistributionofthepumpa

4、xialend—faceandtheimpellersurface，andtheaxialthrustWasestimatedaccordingly．Inordertoobtaintheaxialthrustdistributioninfullcondition，theexperimentforthepumpaxlalthrustwasconducted．Estimatedresultsarecloselymatchedwiththeexperimentalresults，andthemaximumerroriSlessthan10％．KeywordsCentrifugalpumps，

5、Impellers，Axialthrust，Pressuredistribution，Numericalsimulation引言轴向力是水泵设计、运行中必须考虑的重要因素。特别是在多级泵和井用潜水泵中，作用于叶轮上的总轴向力可高达几十吨，将直接影响泵的安全可靠运行⋯。为此，常采用止推轴承、平衡孔或平衡管、叶轮对称布置、背(副)叶片、平衡盘和平衡鼓等方法来平衡轴向力。为了合理选取平衡方法及平衡机构，必须准确预测出轴向力的大小。现有的轴向力预测方法一般分为试验测量和采用经验公式计算2种，但试验测量耗费时间和财力，而采用经验公式计算，其精度及适用性又较差。随着计算机技术的发展，CFD技术在流

6、体机械中的应用逐渐成熟，基于CFD的水泵性能预测及优化设计已基本达到工程实用的程度【2J，但很少涉及对泵轴向力的计算[3-6】。本文对一台井用潜水泵的内部流场进行数值模拟，得出其压力分布，从而计算出泵所受的轴向力。然后进行试验验证。这种方收稿El期：2008—03—16修回日期：2008—06—10*国家“863”高技术研究发展计划资助项目(2006A．A100211)和江苏省“333高层次人才培养工程”资助项目作者简介：施卫东。研究员。博士生导师，主要从事流体机械及工程方面的研究。E．mail：wdshi@ujs．edu．ca万方数据第1期施卫东等：基于CFD的离心泵轴向力计算与试验

7、61法同样适用于各种结构的离心泵，与经验公式相比，能够更准确地预测轴向力的大小。1离心泵轴向力计算现状1．1轴向力产生1948年，StepanoffAJ在其专著中，系统地介绍了单级、多级离心泵轴向力产生的原因以及影响轴向力的因素¨J。关醒凡在<现代泵技术手册>里更加详细地介绍了关于轴向力的问题。一般认为离心泵中的轴向力由下列几方面原因产生[7-10]：①叶轮前：后盖板外表面压力分布不对称，且受压面积大小不等所产生的盖板力，这个力是泵轴向力的主要