关键间隙对泵性能影响的研究

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1、第41卷第2期火箭推进V01．41，№．22015年4月JOURNALOFROCKETPROPULSIONApr．2015关键间隙对泵性能影响的研究刘占一，张魏静，杨建文，石晓波(西安航天动力研究所，陕西西安710100)摘要：在泵的设计中，间隙的尺寸控制向来都是一个难题，过大会损害泵的性能，过小则有发生碰磨的可能。针对关键间隙对泵性能影响的问题，利用ANSYSCFX软件，采用高精度六面体网格，应用SST湍流模型和Rayleigh—Plesset汽蚀模型，对具有不同间隙的某型氧化剂泵进行了流场仿真，获得了间隙对泵水力性能和抗汽蚀性

2、能的影响规律，并且从压力分布、气相份额分布和速度场等方面分析了产生这种影响的原因。结果表明：浮动环间隙越小，泵效率越高；诱导轮叶顶间隙越小，泵的抗汽蚀性能越高。泵的抗汽蚀性能随诱导轮叶顶间隙减小而提高的原因在于：叶顶回流强度减弱导致能量损失减少，离心轮入口静压升高。关键词：间隙；泵；水力性能；抗汽蚀性能中图分类号：V434．2—34文献标识码：A文章编号：1672—9374(2015)02—0056—07InfluenceofkeyclearanceonpumpperformanceLIUZhan—yi，ZHANGWei-jing

3、，YANGJian—wen，SHIXiao—bo(Xi’anAerospacePropulsionInstitute，Xi’an710100，China)Abstract：Sizecontroloftheclearanceisalwaysacomplexproblemforpumpdesign．Fortheinfluenceofkeyclearanceonpumpperformance，ANSYSCFXsoftware，finehexahedralgrid，SSTturbulentmodelandRayleigh--Plesset

4、air·-cavitationmodelwereadoptedtocarryouttheflowfieldnumericalsimulationofcertainoxidizerpumpwithdifferentclearancesizes，bywhichaninfluenceruleofclearanceonpumphydraulicandanti·cavitationperformancewasobtained．Inaddition，thereasonsofgeneratingtheseinfluencesareanalyze

5、dintheaspectsofpressuredistribution，gaseousphasequotientdistributionandvelocityfield．Theresultindicatesthatsmallerthefloatringclearanceis，thehighertheefficiencyshouldbe；thesmallerthebladetipclearanceofinducer，thehighertheanticavitationperformanceofpumpbecomes．Thereaso

6、nisthatsmallerclearanceleadstoweakerregurgitantintensity，thenenergylossdecreasesandstaticpressureattheinletofcentrifugalwheelincreases．I酌ywords：clearance；pump；hydraulicperformance；anti—cavitationperformance收稿日期：2014—11-29；修回日期：2015—01一14作者简介：刘占一(1985一)，男，工程师，研究领域为液体火箭

7、发动机内流场与传热研究第41卷第2期刘占一，等：关键间隙对泵性能影响的研究—塑O引言在泵压式液体火箭发动机中，燃料泵和氧化剂泵作为为推进剂增压的装置，其性能直接影响发动机的整体性能参数。而在大推力液体火箭发动机中一般都采用叶片泵，作为旋转部件，动件和静件之间必然存在间隙，间隙的尺寸控制向来都是泵设计中的一个难题。尺寸过大，泄漏流量增加，损害泵的性能；尺寸过小，则有发生碰磨的可能，这在敏感介质如液氧中是非常危险的。目前，随着计算流体动力学的发展，应用商用CFD软件来分析流体机械中粘性紊流流动已经相当普遍【141。李强等对闭式离心泵叶

8、轮和有间隙的半开式离心泵叶轮进行了仿真【7】，梁开洪等利用计算流体动力学技术对轴流泵叶顶间隙流动进行了数值模拟18】。但从公开的报道来看，针对间隙对水力性能的影响研究较多，而间隙对抗汽蚀性能的影响少有报道，尤其是间隙影响抗汽蚀性能的机理更是少见。因