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1、第28卷 第2期石 油 机 械2000年!试验研究#X流量对离心泵蜗壳内压力及速度分布的影响XX张武高陈晓玲 曹广军(清华大学)(石油大学·北京)摘要 用等速度系数法设计的矩形断面离心泵蜗壳内,在蜗壳侧面沿圆周方向试验测量了各种流量下中轴垂面上压力的分布,并通过激光多普勒测速仪测量了不同流量下蜗壳内的速度场。通过分析压力测量结果,指出离心泵在小流量工况时,蜗壳内沿液流方向的压力分布呈现出由大变小再变大的分布规律;中高流量工况时,蜗壳内压力分布的“降速扩压”特征明显。弄清这种分布规律对提高离心泵的性能及蜗壳优化设计具有指导意义。 主题词 离心泵 蜗壳 流量 压力 速度
2、影响 目前,国内外离心泵蜗壳水力性能的研究主要蜗壳侧壁附近速度分布基本一致。测量蜗壳内流体集中在数值模拟方面,对试验研究的报道相对较流速的仪器为激光多普勒测速仪(LDV)。测量时,少。在设计蜗壳型线时,一般假设其内部流动为等在蜗壳的第Ⅳ、Ⅵ、Ⅷ断面及蜗壳出口断面分别开速流动或等动量矩流动,但这种假设只有它工作在设了窗口,开设窗口位置如图2所示。设计流量附近时才有一定的准确性。当泵送流量偏离设计流量时,这种假设与实际流动状况偏差较大。同时,蜗壳内的流动理论中,蜗壳流道中的速度分布与压力分布的关系、流量对它们的影响等内容,都并不十分清楚。因此,测量及分析离心泵蜗壳内的压力
3、与速度分布、流量对速度及压力分布规律的影响,对丰富蜗壳内的流体流动理论和指导离心泵蜗壳的型线设计,具有重要的意义。图1 蜗壳侧壁压力测量点布置示意图试验布置及参数蜗壳的水力设计一般采用两种方法:速度系数法与角动量守恒原理。笔者利用等速度系数法进行蜗壳设计。蜗壳断面形状是矩形,离心泵的设计流3量25m/h,设计转速为1450r/min。测压孔沿蜗室侧面布置见图1。压力用U形管压力计测量。试验中发现,在试验工况稳定后,蜗图2 蜗壳速度测量断面开窗示意图室侧壁压力基本稳定,这种结果与测量得到的靠近X本研究得到教育部博士点基金的资助。XX张武高,生于1969年,1997年毕业于
4、石油大学(北京)机电工程系,获博士学位,现在清华大学汽车工程系做博士后研究工作。地址:(100084)北京市海淀区。电话:(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.http://www.cnki.net第28卷 第2期张武高等:流量对离心泵蜗壳内压力及速度分布的影响11试验线路中的流量测量采用涡轮流量计,并在流的高压流体使叶
5、片出流阻塞严重,此时蜗壳断面使用之前利用高精度的质量流量计进行了校核。内的流体中回流占较大比例,压力较高;随着蜗壳包角的增大,蜗室截面积增大,回流流体与叶轮内试验结果及分析的低压出流之间的掺混作用增强,使蜗壳内的压力降低;随着蜗壳包角的进一步增大,蜗壳的降速扩试验发现,流量一致的条件下,各种不同的叶压作用越来越明显,使得蜗壳内的压力逐渐升高。轮工作时,蜗壳侧壁压力分布都具有相似的特征,中高流量工况下,扩散管内压力相对较低,叶因而下面仅以22°出口角叶轮、泵轴转速为1450r/片进出口压差减小,蜗室内压力对叶轮出流的阻碍min的情况为例,说明泵在各种流量下蜗壳内的压作用减
6、弱;同时,叶轮出流量增大,出口附近流体力分布规律。速度也相应提高,对隔舌区域可能出现的回流流体图3是不同流量下蜗壳内压力分布图。的排挤作用增强,造成回流量相对减少。这种情况下,蜗室断面几何尺寸成为影响压力分布的主要因素,使得蜗壳内的压力分布的“降速扩压”特征越来越明显。最优工况下,蜗壳内压力逐渐增大,但部分负载工况下,蜗室内的压力分布与最优工况下的差距较大。这种压力分布,无疑会对蜗壳乃至叶轮流道内的流动造成一定的影响。蜗室侧壁压力场的测量,可以解释泵与蜗壳内的流动分布(特别是泵工作在部分负载工况时的流动特性)以及泵的外特性。图3 蜗室侧壁压力随流量的变化关系为了进一步弄
7、清蜗壳内侧壁面附近的压力分布由图3可以发现,当泵工作在小流量区域时特点,下面以第Ⅵ断面内的速度分布曲线(如图4(Q=0123Qopt),蜗室侧壁沿液流方向从隔舌到出所示)为例,对压力分布予以说明。图4中,H6为口,压力分布明显分为降压区与升压区,且降压区矩形截面涡壳第Ⅵ断面的轴向厚度,vu为液流速约占蜗壳包角的1/2;中等流量时(Q=016Qopt),度,u2为叶轮外缘圆周速度。蜗壳内压力分布相对较为平稳,虽然仍然有类似小观察第Ⅵ断面内的速度分布图可以发现,主流流量工况下的压力分布特征,但相比之下,压力差(切向)速度基本不随流量的减小而降
