半开式离心泵叶顶间隙对泵性能稳定性的影响

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1、第40卷第4期火箭推进v01．40，№．42014年8月JouRNALoFRocKETPRoPuLsIoNAu譬．2014半开式离心泵叶顶间隙对泵性能稳定性的影响毋杰，徐楠，杨大昱，刘军年(西安航天动力研究所，陕西西安710100)摘要：为提高火箭发动机涡轮泵性能稳定性，应用边界层理论进行了半开式离心泵叶顶间隙流动特性研究，利用边界层动量积分方程对叶顶间隙内边界层厚度进行求解，并开展了不同叶顶间隙泵性能试验及流场数值模拟研究。结果表明，当叶顶间隙值等于间隙内边界层厚度值时，间隙泄漏涡不再增强，可获得稳定的泵性能；当叶顶间隙过大，会使泵容积效率降低，导致泵性能急剧下降。该理论方法可作为设计

2、过程确定半开式离心泵叶顶间隙的重要参考。关键词：半开式离心泵；叶顶间隙；边界层；泄漏涡；数值模拟中图分类号：V434—34文献标识码：A文章编号：1672—9374(2014)04—0029一06111nuenceoftipclearanceofsemi—opencentri如galpumponperfomancestability、ⅣUJie，XUNan，YANGDa-”，LIUJun—nian(Xi’anAerospacePropulsionhlstitute，Xi’an710100，China)Abs佃

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6、odcanbeusedasanimponalltreferencetodeteminethesemi—opencenrimgalpumptipclearance．Ke)啊。柑s：semi—opencentrimgalpump；tipclearance；boundarylayer；leakageVortex；numericalsiml】1ation收稿日期：2014一04—16：修回日期：2014—05—20作者简介：毋杰(1981一)，男，硕士，研究领域为流体机械与工程30火箭推进2014年8月O引言2叶顶间隙流动理论分析上面级火箭发动机涡轮泵设计结构紧凑，工作中涡轮高温会使与之相I临的

7、泵壳体受热变形，同时轴承有轴向游隙，在轴向力作用下，转子会有一定的轴向位移，这都使工作中叶轮叶顶间隙发生变化。该间隙变化会导致泵性能不稳定，影响发动机性能可靠性。因此，开展叶顶间隙对半开式离心泵性能影响研究具有重要意义。随着计算机和计算流体力学的发展，国内外许多学者对叶顶间隙内流动开展了大量研究岬]。研究结果均表明，叶顶间隙内存在多种流动损失，叶顶问隙的增大会使泵扬程和效率都有所降低。但此类研究都处于理论摸索阶段，缺乏工程应用背景。本文以某上面级发动机用半开式低比转速离心泵为研究对象，应用边界层理论对叶顶间隙内流动进行分析，开展了泵性能试验及流场数值模拟研究，给出了适用于上面级发动机的半

8、开式离心泵的叶顶间隙确定方法，既保证泵的高性能，又保证泵性能的稳定。1半开式离心泵结构特点研究的半开式叶轮无前盖板，叶片采用单圆弧直叶片，叶片与后盖板为一体结构，叶片顶部与壳体端面组成叶轮叶顶间隙。为提高泵汽蚀性能，在离心轮前设置诱导轮(见图1)。泵额定转速为50000r／min，设计比转速为30。诱导轮叶顶间隙离心轮图l半开式离心泵结构示意图Fig．1StructIlrediagramofseIIIi—opencentrifuga