基于数值模拟的双吸离心泵磨蚀预估-论文.pdf

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1、144中国农村水利水电·2013年第4期文章编号：1007—2284(2013)040144—03基于数值模拟的双吸离心泵磨蚀预估王学福，冉渔，王媛(宁夏宁东水务有限责任公司，银川750004)摘要：采用激光扫描技术建立宁东供水工程双吸离心泵三维实体模型，并采用CFD技术，模拟泵内水流流动规律，确定水泵宜磨蚀部位，并利用经验公式预估其磨蚀深度，为泵站有针对性地开展抗磨蚀工作奠定了基础。关键词：双吸离心泵；泥沙磨蚀；预估；CFD中图分类号：TH311文献标识码：A宁夏宁东供水工程是2003年经宁夏自治区发改委批准立项并开工建设的长

2、距离、大流量梯级调水工程，其目的是向宁夏宁东能源化工基地提供生产和生活用水。工程包括两座泵站，共安装12台单机容量3500kW的高扬程卧式双吸离心泵，单泵设计流量2．9m3／s，扬程H=88．5m，转速一750r／min，效率竹=92．4。由于工程直接从黄河取水，水泵机组在运行过程中，必然面临泥沙磨蚀问题。准确掌握磨蚀易发部位，采取合理的防磨蚀措施，对提高泵站水力稳定性、保证泵站经济安全运行具有积极意义t>-a3。本文利用CFD技术，模拟泵内水流流动规律，确定水泵宜磨蚀部位，并利用野崎次男模图1测绘获得的双吸离心泵水体三维实体模

3、型型_4]预估磨蚀深度，分析水泵磨蚀原因，为泵站有针对性地开强；和“，(一1，2，3；一1，2，3)为流体的速度分量；fi为单位展抗磨蚀措施奠定了基础。质量的摩擦阻力。在工程计算中常用的湍流模型是双方程模型，其中RNG正1泵内流动模拟一e模型考虑了高应变率或大曲率过流面等因素的影响，在一为保证泵内水体模型精度，用高分别率多尺度的激光扫描定程度上计入了湍流各向异性效应，从而提高了模型精度，更技术，直接获取双吸离心泵全方位真三维数据，进而建立泵内适合于水力机械内部复杂湍流流场计算l_5]。因此，本文采用水体模型，如图1所示。RNGk

4、一￡模型。1．1控制方程和湍流模型1．2计算域和网格双吸离心泵内部流动为三维不可压缩黏性湍流，其定常形双吸离心泵采用叶轮交错布置方式。计算区域由真机实式的控制方程可以有连续性方程和动量方程来表示：体模型通过布尔运算产生。由于过流部件结构复杂，因此网格连续方程：剖分采用对复杂模型适应度很强的非结构化四面体网格。图2为双吸离心泵计算区域及网格图，分别为吸入室、叶轮流道和孤一0(1)、～，压出室。全流道通过划分100万到400万网格来进行网格无动量方程：关性计算验证，各种网格情况下结果变动值在范围1内。最+基(uiuj)一+击ax~]

5、J+Pff(2)终网格单元数量确定为2039040个(吸人室943320个，叶轮_流道396829个，蜗壳698891个)。各流量工况计算均采用相式中：式中r为流体的密度；优为流体的动力黏性系数；P为压同计算网格。收稿日期：2012—11-221．3边界条件及工况参数作者简介：王学福(1966一)，教授级高级工程师。E—mail：meire—进VI条件：速度进口边界条件。出VI条件：出口采用自由nyu20010@163．corn。出流。壁面条件：固壁采用无滑移壁面条件、标准壁面函数来146基于数监模拟的双吸离心泵磨蚀预估王学福冉

6、渔王媛式中：，为磨损强度，mm／h；

7、8为水轮机形式和部件的差异系泥沙含量如表2所示，计算中取平均值2．05kg／m)；a为泥沙数，对混流式的水轮机转轮，取0．4532×10mm／h；V为泥沙粒径，以0．05为基准(口一1．O)；为泥沙粒径系数；z为泥沙与水轮机的相对速度，m／s；z为相对流速的修正系数；PE=P硬度系数；／e。为水轮机材料的抗磨系数；为含沙量P的修正a尼z。，P为水流中悬浮质含沙量，g／L(泵站取水口处黄河系数；为泥沙粒径的修正系数(如表3所示)。表2黄河泥沙含量检测表kg／m。表3磨损有关系数取值动规律，确定

8、泵内速度分布情况，为泥沙磨蚀深度预估奠定基础。(2)根据野崎次男经验公式，确定叶片正面出口、叶片背面出口、前盖板出口内侧和后盖板出口内侧为宜磨蚀部位，并预估其磨蚀深度，提出采用改性聚氨脂复合砂浆耐磨涂层技术进行抗磨蚀防护。(3)基于CFD技术，可以有效找到水泵宜磨蚀部位，为泵根据表1给出的流速值，表2给出的过机泥沙含量，可按站开展抗磨蚀研究提供理论依据，不仅可以提高水泵水力稳定式(5)预估宁东供水工程水泵宜磨损部位的磨损量，其计算结性，保证泵站经济安全运行，而且有利于泵站指定合理的检修果见表4(运行时间按7300h计算)。计划，

9、减少了维护成本。口表4宁东供水工程水泵的磨损量预估值(n=750r／min)参考文献：[1]李金明，陈和春，李国敬．水轮机磨蚀因素分析及磨蚀公式重构研究[J]．人民长江，2009，(9)：7779．[2]李健，彭恩高，白秀琴，等．水轮机过流部件的磨损问题_J]．