叶轮导叶匹配关系对混流泵压力脉动及结构特性的影响
导叶开度对混流式水轮机压力脉动特性及流动诱导噪声的影响
导叶开度对混流式水轮机压力脉动特性及流动诱导噪声的影响作者：汪昊蓝郑源孙奥冉张付林高成昊周颖来源：《南水北调与水利科技》2018年第05期摘要：为研究导叶开度对混流式水轮机压力脉动特性及流动诱导噪声的影响，应用CFD 和LMS Virtual Lab软件分别对混流式水轮机在三种导叶开度下进行非定常流场和声场数值计算。
结果表明：混流式水轮机内压力脉动主要受到叶片通过频率（10833 Hz）以及低频脉动（415 Hz）的影响；随着导叶开度的增大，叶频对转轮进口和蜗壳内压力脉动的影响逐渐增加；外场噪声的分布与混流式水轮机的几何轮廓相吻合；尾水管弯肘段有助于减弱混流式水轮机流动噪声声压；导叶开度越大，混流式水轮机辐射出的外场噪声声压值越大，偶极子特性越明显。
研究结果可为混流式水轮机组的稳定运行及流动诱导噪声的控制提供参考。
关键词：混流式水轮机；导叶开度；压力脉动；流动诱导噪声；数值计算中图分类号：TV742 文献标志码：A 文章编号：16721683（2018）05018607The influence of guide vane opening on pressure pulsation characteristics and flowinduced noise in Francis turbineWANG Haolan1，ZHENG Yuan2，SUN Aoran1，ZHANG Fulin1，GAO Chenghao1，ZHOU Ying1（1.College of Water Conservancy and Hydropower，Hohai University，Nanjing 210098，China；2.Institute of Innovation，Hohai University，Nanjing 210098，China）Abstract：In order to study the influence of different guide vane openings on the pressure pulsation characteristics and flowinduced noise in Francis turbine，we used CFD and LMS Virtual Lab software to calculate the unsteady flow field and sound field in a Francis turbine under three guide vane opening degrees.The results showed that the pressure pulsation in the Francis turbine was mainly affected by the rotation frequency of blade （10833 Hz） and the lowfrequency pressurepulse （415 Hz）.With the increase of the guide vane opening，the influence of blade frequency on the pressurepulsation in the inlet of the runner and the volute would gradually increase.The distribution of outfield noise accorded with the geometric contour of the Francis turbine.The elbow section of the draft tube was helpful for the attenuation of the flowinduced noise of the Francis turbine.The greater the guide vane opening，the greater the sound pressure of the external noise generated by the Francis turbine，and the more obvious the dipole characteristics.The research results can provide a reference for the stable operation of Francis turbine and the control of flowinduced noise.Key words：francis turbine；guide vane opening；pressure pulsation；flowinduced noise；numerical calculation混流式水轮机由于应用水头广、运行稳定效率高，被广泛应用[1]。
混流泵导叶对其性能的影响
ａ ｄ ｔａｌｎ ｄ ｅ ｐ ｓｔ ｎ ｈｏ ｌ ｅ ｓ ｌ ｃｅ ｔ ｈ ｏ ｓｄ ｒ ｔｏ ｆｓａ ｉ ｒ ｓ ｕ ｅ ｒ ｃ ｖ ｒ ｂ ｌｔ ｎ ｒ ｉ ｇ ｅ ｇ ｏ ｉ ｏ ｓ ｓ ｕ ｄ ｂ ｅｅ ｔｄ ｗｉ ｔ ｅ ｃ ｎ ｉ ｅ ａｉｎ ｏ ｔｔｃ ｐ ｅ ｓ ｒ ｅ ｏ ｅ ｙ ａ ｉｉｙ ｉ ｉ ｈ ａ ｄ ｈ ｄ ａ ｌｃ ｆｉｔ ｎ ｌｓ ｃ ｏ ｓｄ ｆｕ ｅ ． ｎ ｙ ｒ ｕ ｉ ｒｃ ｉ ｏ ｓ ａ ｒ ｓ ｉｆ ｓ ｒ ｏ Ｋｅ ｒ ｙ ｗｏ ｄｓ：ｍｉ ｅ ｆｏ ｐ ｍｐ； ｉｆ ｓ ｒｖ ｎｅ； ｅ ｉｎ ｐａ ａ ｔｒ ； ｕ ｒｃ ｌｓｍｕ ａｉｎ； ｘ ｄ－ ｗ ｕ ｌ ｄ ｆｕ ｅ ａ ｄ ｓｇ ｒ ｍｅ ｅ ｓ ｎ ｍｅ ａ ｉ ｌｔｏ ｉ ｐ ｒｏ ｍａ ｃ ｒ ｄ ｃｉｎ ｅｆ ｒ ｎ ｅ ｐ ｅ ｉｔｏ
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Ｂｉ ｇ Ｈａ ，Ｃａ ｈｕｉ ｎ ，Ｔ ｎ Ｌ ｉ ｎ ｏ ｏＳ ｌ ｇ ａ ａ ｅ ，Ｌ ｉ ｕ Ｌ
混流 泵具 有适用 范 围广 、 效 区宽等优 点 ， 一 高 是 种广 泛应 用于 排涝 、 溉 、 灌 防洪 、 处 理 等领 域 的泵 水
Ａｂ ｔ ａ ｔ：Ａ ｅ ｅ ｆｖ ｎ ｄ— ｉｆ ｅ ｓ ｓｒ ｃ ｓ ｒ ｓｏ ａ ｅ ｄ ｆ ｉ ｕｓ ｒ ，ｗｈ ｃ ｒ ｔ ａ ｏ ｓ ｖ ｎ ｎｅ ｎ ｌ ｓ ａ ｅ ａ ｇｅ ｄ ｓｒｂ — ｉｈ ａ ｅ ｗｉｈ ｖ ｒ ｕ ａ ｅ ｉ ｌｔａ ｇｅ ，ｖ ｎ ｎ ｌ ｉｔｉ ｕ ｉ
ｄ ｉ１ ．９ ９ ｊｉ ｎ １７ ｏ：０ ３ ６ ／．ｓ ．６ ４—８ ３ ．０ ２ ０ ．０ ｓ ５０ ２ １．２０ １
浅谈混流式水轮机压力脉动
浅谈混流式水轮机压力脉动谈混流式水轮机尾水管压力脉动[摘要]发电厂所关心的三大问题是效率、稳定性和空化空蚀。
而目前，水轮机的效率已经达到90%以上，抗空蚀性能也大幅提升，因此水轮机的稳定性显得越来越重要。
水轮机尾水管压力脉动是影响机组稳定性的主要因素之一，其不仅会引起机组的振动、出力摆动、叶片裂纹和尾水管壁撕裂等，当压力脉动剧烈时甚至会引起相近机组或厂房的共振，直接威胁到电站的安全运行。
[关键词]混流式水轮机；尾水管；压力脉动；涡带Study on the pressure pulse in the Draft Tube Of Francis Turbine Key Words:Francis turbine;draft tube;pressure fluctuation;vortex Abstract:The pressure pulse in the draft tube of Francis turbine brings on the unsteady operation for hydro_power unit.Moreover,the severe pressure pulse will threaten the safety of powerstation.Researches have unveiled that the eddy in the draft tube is the principal reason to the unit vibration.So it is important to solve the problem of pressure pulse based on the study of vortex.一、压力脉动压力脉动是相对循环压力脉动而言的，所谓压力脉动就是压力不均匀的作用于被作用对象上，在某个部位有集中或是较大的压力，且这种压力单次持续的时间不长，有可能呈现一定的周期性。
叶片数对混流泵内部非定常压力脉动特性的影响
混流泵是一 种兼具轴流 泵和离心泵优 点 的泵 型 ，
频域 响应 ， 探讨 叶 轮 叶 片数 对 混流 泵 压 力 脉动 特 性 等 的影 响．
在水利工程 、 农业 排灌 、 城市 给排 水 等方 面都 有广 泛
应用 卜 ． 在混流 泵 内 ， 由于 叶轮 与 导 叶 的动静 干 涉 等作用而 引起 的压力 脉 动 ＿ ３ Ｊ ， 对 泵 的安全 运 行 、 噪声
泵 内压 力脉 动的 时域 变 化 ， 并 和 经 验模 态分 解 方 法 的结 果进 行 对 比． 但是 ， 关 于 混 流 泵 压 力 脉 动 方 面 的研 究 相较 于离心 泵 和轴流 泵而 言较 少 ； ｕ 等 研 究 了导 叶厚度 对混 流 泵 内部 压 力脉 动 的影 响 ； 张德 胜 等 利 用数 值方 法 分 析 了 叶轮 和 导 叶 由 于动 静 相干 作用 对混 流泵 内部 压 力 脉 动特 性 的影 位 置处 的非定 常 压力 脉动 特 性 ； 黎义 斌 等¨ 关 注 了设 计工 况下的低 比转 数混流泵 的压力脉 动 ， 并 采用大 涡 模拟 方法研究 了混 流泵 内部 不稳定流 动特性 ； 靳栓宝 等 基于 Ｒ Ａ Ｎ Ｓ方程和 Ｓ Ｓ Ｔ湍流 模型研 究 了混 流泵 内部 不 同运行工 况 、 转速 以及监 测位置 对压力 脉动 的
１ 研 究 模 型
１ ． １ 计算 模型
振动 、 过流部 件的磨损等都 有重要 影响 ． 因此 ， 研 究混
叶轮结构参数对轴流泵性能的影响
叶轮结构参数对轴流泵性能的影响[摘要] 运用计算流体动力学CFD软件CFX基于标准RNGk-ε紊流模型,对轴流泵装置内部的三维流场及其运行特性进行数值分析。
通过计算结果,探讨了轮毂形状、叶片安放角度等结构参数对轴流泵性能的影响,并通过试验验证了计算的结果。
该结论对轴流泵设计人员有一定的参考价值。
[关键词] 叶轮结构参数轴流泵性能影响1 数学模型与边界条件1.1计算模型和网格剖分计算模型中进出水流道采用CFX的几何造型模块ICEM进行三维几何建模和网格剖分,叶轮和导叶则是用Turbo-grid进行建模和划分网格,最后再把所有模型导入CFX中进行总装如图1。
本次计算所采用的模型泵,其主要参数包括:叶轮直径为300mm,叶轮转速为1450r/min,叶轮叶片数为4片,导叶数为7片。
由于轴流泵装置的结构比较复杂,生成网格时,叶轮和导叶部分网格采用结构化的网格,并且进行了加密,而对于进出水流道的网格则适当的降低。
1.2基本控制方程及湍流模型采用三维雷诺时均N-S方程来描述贯流泵内不可压缩流体的湍流流动。
湍流模型采用RNGk-ε紊流模型,因其适用于计算曲率较大、旋转流动、分离流动等较复杂的流动。
RNGk-ε紊流模型的k、ε方程为:1.3边界条件采用质量进口,给定进口边界上的流量。
压力出口,设定出口的压力。
在固体壁面处规定无滑移条件。
2 计算结果及分析为便于研究各参数对该泵性能的影响,在改变一个叶轮结构参数时,其它参数均保持不变。
2.1叶轮轮毂形状变化对轴流泵性能的影响本文计算了在相同轮毂比时轮毂形状分别为圆形(h17t7archub)和圆柱形(h17t7hub)时,流量在299L/s~388L/s的多个不同流量工况下的装置运行特征,得到其性能曲线见图2、图3。
由图2、图3可以看到,在相同的轮毂比的情况下,当球形轮毂变为圆柱形轮毂时,叶轮内部过流面积减小,相对于球形轮毂来说圆柱形轮毂的叶轮排挤系数变大,计算结果显示,在相同的流量下其扬程和轴功率减小,效率也有所减小,并且最大效率点向小流量偏移。
导叶喉部与叶轮出口面积比对高速泵性能的影响分析
导叶喉部与叶轮出口面积比对高速泵性能的影响分析【摘要】为了探讨叶片与叶片的匹配关系对高速泵的工作特性的影响，采用不同叶片喉区的方法，分别设计出5种叶片与叶片相匹配的叶片。
在此基础上，采用雷诺数均匀N-S方程与RNNk-ε紊流模型，开展三维数值仿真，研究不同区域比下，泵内流场特征与压力波动的关系。
研究发现，在大流量条件下，随着面积比的降低，泵体的扬程和效率降低，随着面积比的降低，泵体的效率降低速度变快，非稳态工作区域和高效率点随着面积比的降低而向小流量方向迁移。
在设计条件下，降低表面比对降低了叶片出口和叶片流道中的流动分离，降低了叶片的内耗，但是，在压力水腔中，液体的流速和损失都会增加，特别是在大流量时；通过减小叶片表面比例，使叶片内部轴频率范围内的低频波动减弱，使叶片内部的压力波动峰和波动振幅减小，从而使叶片频率的倍频以及高频频率向叶片出口处的传递得到了有效的抑制。
本文的结论可以作为一-定的理论依据，对高速水泵的优化设计发挥出指导作用。
关键词：导叶喉部；叶轮出口面积比；高速泵；性能影响分析叶轮与导向叶片是高速离心泵中最主要的两个水力元件，与一般的离心泵相比，在叶轮进口与导向叶片的流道中，容易出现射流、倒流、二次流、分流器等现象，这些现象对水泵的工作特性有较大的影响。
由于两者之间的动态和静态干扰，会导致泵中的液体发生周期的压力波动。
沿导流叶片的流向在非定常流动产生的压力波动频率与机组的自振频率相同或相近时，这将引起系统的谐振，导致导流叶片和叶轮叶片的疲劳失效，对机组的稳定运行构成威胁。
本项目拟以一台超高速泵为例，通过改变叶片喉区面积，建立5种不同的超高速泵的表面比流场，利用数值模拟的手段，分析超高速泵的外部特性、内部流场、损失和压力波动等对超高速泵性能的影响，为超高速泵的优化设计奠定理论奠定基础。
一、导叶喉部与叶轮出口面积比对高速泵性能影响的计算模型和数值计算（一）网格划分本项目拟采用 CFTurbo、 Creo等先进计算工具，通过合理延长水泵进出水管，使得水流得到更好的发展。
叶轮几何参数对螺旋混流式喷水推进泵推进特性的影响
叶轮几何参数对螺旋混流式喷水推进泵推进特性的影响本文基于动量定理在螺旋离心泵和混流泵设计理论支撑下设计出一种新型推进泵—螺旋混流泵。
通过改变叶片数、进口安放角和包角等几何参数进行不同叶轮型式的研究,确定推进泵特性及推力特性更优且推力特性变化较为稳定的适合于水下航行器使用的螺旋混流泵叶轮型式。
本文具体研究工作和结论如下:通过已有模型数值模拟和推进泵动量定理进行螺旋混流泵水力参数确定,结合泵设计理论进行叶轮水力设计。
运用Solidworks进行三维建模并采用ANSYS ICEM CFD前处理软件进行网格划分。
通过相似定律进行变转速时相应设计工况点流量确定,基于ANSYS CFX和CFX-POST软件进行泵内流特性定常流动数值模拟和径向力非定常流动数值模拟进行分析。
通过艇—泵一体系统与螺旋混流泵外特性对比,得出可近似运用裸泵代替艇—泵一体系统进行研究。
改变叶轮叶片数、叶片轮缘进口角和包角进行变转速对应设计工况点的螺旋混流泵特性和推进特性分析,当其他叶轮几何参数保持不变时分别改变叶片数、叶片轮缘进口角和包角时叶片数Z=2、叶片轮缘进口角β<sub>1a</sub>=24o、叶片包角为360o分别为对应参数中螺旋混流泵效率相对较优的叶轮几何参数值。
在转速为1500r/min所对应设计工况点进行不同叶片数、叶片轮缘进口角和包角在叶片上的载荷分布和叶片工作面速度变化相关叶轮流道的内部流动特性分析。
在非定常流动下进行转速为1500r/min所对应设计工况点相关叶轮几何参数的径向力分析。
确定叶片数Z=2、叶片轮缘进口角β<sub>1a</sub>=24o、叶片包角为330o分别为对应参数中径向力较小的叶轮几何参数值。
综合螺旋混流泵外特性、内流特性和径向力的分析,最终确定叶轮相关几何参数叶片数Z=2、叶片轮缘进口角β<sub>1a</sub>=24o、叶片包角为330o。
叶轮与导叶体之间的距离对混流泵水阻系数及效率的影响
Abstract：
ordinates and the NS equation is established on the basis of FLUENT software， And using standard kε equation with turbulence model， unstructured tetrahedral network and SIMPLE algorithm to make numerical simulation． The study has done on the basis of the irrelevance of grid number，under different distance between impeller and guide vane ， taking the water resistance coefficient simulation when it is static and the performance parameter simulation when it is rotary， the results shows that ： under special environment ， the mixedflow pump can obtain lower water resistance coefficient and high efficiency when the distance between impeller and guide vane is 0． 45 b2 and can fulfill the required of low water resistance coefficient and high efficiency． Key words： simulation； mixedflow pump； distance between impeller and guide vane； water resistance coefficient； efficiency； Numerical
空间导叶几何参数对螺旋混流式喷水推进泵性能的影响
空间导叶几何参数对螺旋混流式喷水推进泵性能的影响舰艇动力系统是各个海洋强国研究的重中之重。
近些年,喷水推进泵的研究和应用取得了长足的发展。
本文分析了当前世界各国对喷水推进泵的研究现状,设计了一种新型的喷水推进泵—螺旋混流式喷水推进泵。
基于已有的潜航器模型,通过数值计算得出无限流域下潜航器在推进速度v=2m/s时的阻力,并根据已有的喷水推进理论确定了喷水推进泵的流量和扬程。
然后,参照螺旋离心泵的设计方法进行了喷水推进泵的水力设计。
选取RNG k-ε湍流模型,对喷水推进泵的性能进行了验证。
随后,针对空间导叶水力损失较大的问题,研究导叶几何参数包括导叶叶片数、叶片进口安放角、叶片包角对螺旋混流式喷水推进泵性能和内部流动的影响,在此基础上得到水力性能最好的空间导叶的几何参数范围。
相关的结论如下:1)泵外特性、内流及压力脉动分析所设计的推进泵满足要求,但0.5Q时,输入功率较大是因为叶轮流道内流体对叶轮壁面的碰撞导致扭矩增大;导叶流道内的流动随流量增大趋于均匀;设计工况下,推进泵流道内各个监测点压力脉动主频均在一倍叶频处;沿导叶流道压力脉动幅值先减小后增大。
2)导叶叶片数对推进泵性能的影响导叶和喷管流域的总水力损失和叶片数呈负相关;导叶叶片数大于5时,推进泵外特性不再发生变化;叶片数为9时,叶片出口处环量的绝对值最小,导叶整流效果最好。
3)导叶进口安放角对推进泵性能的影响导叶叶片进口安放角对内部流动影响显著。
随着进口安放角的增大,叶轮和导叶交接处漩涡区面积增大;湍动能较高的区域先增大后减小,且位置由叶片进口处背面逐渐向导叶叶片出口迁移。
进口安放角为25°和40°时导叶出口环量绝对值最小,整流效果最好;进口安放角为30°-35°时,导叶和喷管流域水力损失最小;进口安放角为35°时,动静交接处、导叶进口监测点压力脉动幅值最小。
4)导叶叶片包角对推进泵性能的影响推进泵扬程和效率与包角呈正相关;导叶、喷管流域的水力损失和包角呈负相关。
基于大涡模拟的导叶式混流泵叶轮内压力脉动特性分析
基于大涡模拟的导叶式混流泵叶轮内压力脉动特性分析杜媛英;高强;尚长春;郝昱宇;赵天鹏;王晓璐【期刊名称】《西华大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(035)004【摘要】为研究导叶式混流泵叶轮内部非定常压力脉动特性,在其叶轮进口截面及出口截面附近分别设置8个压力脉动监测点,采用大涡模拟方法(LES)对导叶式混流泵内全三维流道(进水管、叶轮、导叶及出水管)进行模拟,并对8个监测点进行压力脉动时域图和频域图的分析.结果表明:由于旋转叶轮旋转失速、脱流效应及静止导叶的干涉作用,叶轮出口处压力脉动系数幅值均大于进口处脉动系数幅值,且其最大压力脉动发生在叶轮出口处,脉动波衰减较慢;叶轮进、出口截面上监测点的压力脉动频率以叶轮叶频为主频次,且压力脉动主要频率为叶频的倍数.【总页数】4页(P75-78)【作者】杜媛英;高强;尚长春;郝昱宇;赵天鹏;王晓璐【作者单位】西安科技大学工程训练中心,陕西西安710054;上海电力修造总厂有限公司,上海201316;西安科技大学工程训练中心,陕西西安710054;西安科技大学工程训练中心,陕西西安710054;西安科技大学工程训练中心,陕西西安710054;西安科技大学工程训练中心,陕西西安710054【正文语种】中文【中图分类】TH313【相关文献】1.基于局域波分解的循环射流混合槽内压力脉动信号时频特性分析 [J], 禹言芳;吴剑华;孟辉波2.基于AMESim的斜盘式轴向柱塞泵脉动特性分析 [J], 张燃;刘桓龙;柯坚;王国志;秦剑3.基于大涡模拟的离心泵蜗壳内压力脉动特性分析 [J], 袁建平;付燕霞;刘阳;张金凤;裴吉4.气相体积分数对导叶式离心泵内压力脉动的影响 [J], 王洁;康敬波;韩伟;殷德文5.基于正交试验的低比转数混流泵叶轮和导叶匹配优化 [J], 曹磊;李彦军;吴天澄因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
复合导叶结构对斜流泵水力特性的影响研究
复合导叶结构对斜流泵水力特性的影响研究
裴迎举;宋文武;符杰;胡帅;程伟
【期刊名称】《中国农村水利水电》
【年(卷),期】2017(0)3
【摘要】后置导叶作为斜流泵的主要过流部件,在改善叶轮出口流场及对斜流泵水力特性影响起着重要作用。
为研究不同后置导叶结构对斜流泵水力特性的影响,根
据长短导叶位置匹配建立3种复合型导叶结构方案,每种方案分别选取0.6Qd、
0.8Qd、1.0Qd、1.2Qd和1.4Qd五个流量工况条件进行CFD数值计算,通过效率、扬程以及内部流场状态的分析,结果显示:不同位置的短导叶结构对水力特性影响较大,设计流量工况下,短导叶在后置导叶流道的进口处流场相对平顺,出口漩涡较小,整体水力性能较好;但偏离设计流量工况下,短导叶在后置导叶流道的出口处的整体水
力性能较好。
研究结果可为斜流泵导叶结构设计提供参考。
【总页数】5页(P142-145)
【关键词】长短导叶;斜流泵;水力特性;数值模拟
【作者】裴迎举;宋文武;符杰;胡帅;程伟
【作者单位】西华大学能源与动力工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TV675
【相关文献】
1.不同导叶数对立式斜流泵水力特性影响的研究 [J], 杨从新;苏晓珍;李强;黎义斌
2.载荷分布对导叶式混流泵水力性能影响 [J], 孙文春
3.后置导叶对大型贯流泵水力特性影响研究 [J], 龚维明; 赵梦晌; 马剑波
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导叶叶片数对气液混输泵性能的影响
ｇ ｉｅｖ ｎ ｓ１ ． Ｔｈ ｅａ ｉｅ ｈ ａ ｕ ｄ ｅ ｈ ｂｔｉ ｈ ａ ｅ ｗａ ． Ｔｈ ｕ ｐ ｐ ｒｏ ｍ ａ ｃ ｕｄ ｂ ｕ ｄ ａ ｅｗａ ３ ｅｒ ｌｔｖ ｅ ｄ ｗｏ ｌ ｘ ｉｉ ｎ ｔ ｅ ｓ ｍ ｙ ｅ ｐ ｍ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅｗｏ ｌ ｅ ｓｉ ｈ ｌ ｅ ｔｒｉ ｈ ａ ｅ ｏ ｕｄ ａ ｅ ｈ ｎ ｔ ａ ｆ１ ａ ｅ ． Ｔｈ ｒ ｆ ｒ ，ｗｈ ｎ ｔ ｅ ｎ ｍ ｂ ｒｏ ｕｄ ｌ ｔｙ ｂ ｔｅ ｎ ｔ ｅ ｃ ｓ ｆ９ ｇ ｉ ｅｖ ｎ ｓ ｔ ａ ｈ ｔｏ ５ ｖ ｎ ｓ ｇ ｅｅｏ ｅ ｅ ｈ ｕ ｅ ｆｇ ｉ ｅ
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某混流泵压力脉动分析研究
引言
1模型建立与网格划分
混流泵的比转速介于离心泵和轴流泵之间，一 般在300 -500范围内，广泛应用在水利工程、城 市给排水等领域。混流泵内非定常压力脉动是引起 机组振动和噪声的主要原因之一，所以对混流泵内 部压力脉动的分析研究具有非常重要的意义。
根据不同的翼展网格数以及总网格数得到计算 结果，见表1。根据计算结果，选择翼展网格数 57 w、总网格数141 w的网格，确定了整泵全通道 计算网格中叶轮与导叶的网格拓扑结构。
2.3监测点设置
为了监测泵内转轮和导叶处的压力脉动情况,
分别在叶轮和导叶工作面和背面的前缘到尾缘以及 从前盖板到后盖板设置了压力脉动监测点。图3 和图4为叶片上18个压力脉动监测点位置示意图， 图5和图6为导叶4个压力脉动监测点的示意图。
用显式时间推进法求解，并使用多重网格技术提高 求解的收敛速度，非定常计算采用Domain Scaling 方法，转静交界面上下游周期性相同，进口给定压 力、温度，岀口给定流量。
2.2网格无关性检验
为了确保非定常数值计算分析的准确性 ，采用 单通道叶轮与导叶完成了简单的网格无关性分析， 计算域及网格如图2所示。
hub处监测点的脉动规律为，在叶轮工作面，脉动 幅值沿着前缘到尾缘逐渐增大，然而在背面，脉动 幅值沿着前缘到尾缘为先减小后增大 。
综合上述分析可以看岀，叶片尾缘的压力脉动 幅值均大于前缘，这主要是由于叶片与导叶之间的 动静干涉引起的。
通过对各监测点脉动数据进行傅里叶变换得 到，压力脉动峰值均为主频/ = 29. 8 Hz,等于叶轮 的转动频率，而其他脉动峰值也都出现在转频的整 数倍处，这说明在压力脉动分析中，叶轮对流场的 影响频率是转动频率的整数倍。然而，频率相同所 产生的振动幅值是不同的，如在靠近前盖板处, P1处的脉动幅值最大为64 kPa,而P5处的脉动幅 值最小，仅为24 kPa,如图9、图10所示。这种 差异同样是由于叶轮和导叶之间动静干涉造成的。 除此之外，在各频域图/=536.4 Hz处有明显的峰
斜流泵叶轮和导叶叶片数对压力脉动的影响
高 比转 数 斜 流 泵 具 有 高 效 范 围 广 、 应 扬 程 适
排灌 、 市 给 排 水 、 山 、 型 水 利 工 程 和 火 电 站 城 矿 大
范 围大、 汽蚀性能好等优点 ， 广泛应用于农业 抗 被
的循环水等工程． 目前 ， 内外对斜 流泵的设计和 国
收 稿 日期 ： ０ １— ９—２ ２１ ０ ２ 基金项 目：国家 自然科学基金资助项 目（ １０ ０ ３ ５０ ９ ６ ） ５ １９ ９ ，１７ ０ ３ ；江苏省 自然科学基金 资助项 目（ Ｙ ０ ０ ３ ） Ｂ ２ １ １１ ；国家博 士后科研基 金资助 项 目（０ １ ５ ０ １ ２ １ Ｍ ０ １７） 作者简介 ：张德胜 （９ ２ ） 男 ， １８ 一 ， 江苏如皋人 ， 助理研究 员， 士（ｄ＠ｕｓｅｕ ｅ ）， 博 ｚｓ ｊ．ｄ ． ｎ 主要从事轴流泵理论及其流动研究． 施 卫 东 （９ ４ ） 男 ， 苏 如 东 人 ， 究 员 ， 士生 导 师 （ ｄｈ＠ ｕｓｅｕ ｃ ） 主要 从 事 流 体 机 械 及 工 程研 究 ． １６ 一 ， 江 研 博 ｗ ｓｉ ｊ．ｄ ． ｎ ，
斜 流 泵 叶轮 和 导 叶 叶 片数 ， 王川 ， 国涛 ， 王 邹萍萍
（ 江苏大学流体机械工程技术 研究 中心 ， 江苏 镇江 ２ ２ １ ） １０ ３
摘 要 ： 了研 究斜流 泵叶轮 和 导 叶 由 于动静 相 干 作 用 （ Ｓ ） 引起 的 压 力脉 动 规律 ， 于 标 准 为 ＲＩ而 基 ｋ— 湍 流模 型 、 Ｉ Ｌ Ｃ算 法和 滑移 网格技 术 ， 据 叶轮 和 导 叶 叶 片数 及其 叶 片 厚度 设 计 了 多 ＳＭＰ Ｅ 根
Ｚｈ ｎ Ｄｅｈｅ ｇ，Ｓ ｉＷｅｄ ｎ ａ ｇ ｓ ｎ ｈ ｉ ｏ ｇ，Ｗａ ｇ Ｃ ａ ｎ ｈｕ ｎ，Ｗａ ｇ Ｇｕ ｔ ｏ，Ｚｏ ｎ ｐ ｎ ｎ ｏａ ｕ Ｐｉｇ ｉ ｇ
不同叶片厚度对混流泵水力性能的影响
Ｖｏｌ.４１／Ｎｏ.０４／Ｗｅｓｔｌｅａｔｈｅｒ－99－不同叶片厚度对混流泵水力性能的影响王强磊基金项目：西华大学研究生创新基金（ycjj2018034）作者简介：王强磊（1990－），男，江苏连云港人，硕士研究生。
（西华大学能源与动力工程学院，四川成都610039）摘要：为了分析叶轮叶片厚度和导叶叶片厚度对混流式核主泵能量性能的影响，分别设计了3种不同叶片厚度的叶轮和3种不同叶片厚度的导叶，建立不同叶片厚度下的9种方案，通过数值模拟的方法分析了9种方案在设计工况下混流泵水力性能的变化情况。
结果表明：叶轮叶片厚度变化对混流泵水力性能的影响明显高于导叶叶片厚度，且导叶叶片厚度变化对混流泵水力性能的影响不大。
关键词：混流泵；叶片厚度；水力性能中图分类号：U664．34文献标志码：A 文章编号：1671－1602（2019）04－0099－01引言混流式核主泵是核反应堆一回路系统中唯一高速旋转的设备，也是主要的耗能设备，因此提高其运行效率显得尤为重要。
在传统的叶片水力设计中，一般是首先计算出叶型的骨线，骨线原则上与液流流线重合，而实际的叶片是有厚度的，这就要在骨线上加厚绘制出真实的叶片几何形状，造成真实流线与骨线具有一定偏差，直接影响到混流泵的性能以及内部的流场变化。
而叶轮叶片和导叶叶片是核主泵的主要过流部件，杨敏官等［1］研究了叶片不同位置的厚度比值对混流式核主泵能量性能的影响，并最终得到提高能量性能的最佳厚度比值，而本文通过对叶片压力面和吸力面整体均匀的加厚和减薄，探索叶片厚度对混流式核主泵水力性能的影响。
1模型基本参数及计算区域混流式核主泵模型采用的基本参数为：流量为23790m3/h ；扬程为97.8m ；转速为1485r /min ；进口压力为15.16MPa ；运行温度为293ħ。
计算区域包括进口段、叶轮、导叶、蜗壳和出口延长段。
2叶片厚度设计方案在已有的叶片厚度基础上沿压力面和吸力面均匀加厚和减薄叶片1mm ，并重新建立模型，并得到9种设计方案，如表1所示：表1设计方案方案123456789关系A1B1A2B1A3B1A1B2A2B2A3B2A1B3A2B3A3B3注：A1，A2，A3分别代表叶轮减薄叶片，原叶片和加厚叶片；B1，B2，B3分别代表导叶减薄叶片，原叶片和加厚叶片。
叶轮参数对泵出口压力脉动的影响
叶轮参数对泵出口压力脉动的影响叶轮参数对泵出口压力脉动的影响柴立平1, 叶欢2, 任志明2, 李辉2(1.合肥工业大学化工机械研究所,安徽合肥 230009; 2.合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽合肥 230009)摘要: 为了研究串并联泵出口处的振动特性,采用快速傅里叶变换和多相干分析方法,首先进行了两参数三水平的正交试验,评价了叶片数和叶片出口安放角对叶轮出口处压力脉动的影响,然后对叶轮出口压力信号进行拟合,获得较为规律的三角函数表达式，其中首、次级叶轮出口压力信号拟合度分别为0.809 6和0.818 0,泵出口压力信号拟合度为0.719 4．运用多相干分析方法给出了首级叶轮和次级叶轮对泵出口处压力脉动的主次影响,研究结果表明:在频域上,叶轮出口处压力峰值均出现在倍叶频处,符合转频规律;首级叶轮叶片数对泵出口压力脉动影响最大;泵出口处压力脉动频域主峰幅值随着叶片数的增加而减小．研究结果对串并联泵的设计和应用提供了理论依据和参考．关键词: 串并联泵;压力脉动;叶轮参数;信号分析柴立平, 叶欢，任志明, 等. 叶轮参数对泵出口压力脉动的影响[J]. 排灌机械工程学报,2016,34(8):645-650.CHAI Liping, YE Huan, REN Zhiming, et al. Influence of impeller parameters on pressure fluctuation in pump outlet[J]. Journal of drainage and irrigation machinery engineering(JDIME), 2016,34(8):645-650. (in Chinese)船用串并联泵出口处的压力脉动特性直接关系到泵在正常使用状态下的振动和噪声性能[1-2],目前船用串并联泵的振动特性研究只是针对压力脉动的表征,并未对造成压力脉动的主要因素进行探究[3]．文中提出1种思路,希望通过对串并联泵首、次级叶轮出口压力脉动信号的分析,找到影响出口处压力脉动特性的主要因素,再根据分析结果进行改进,以减小出口处振动[4]．文中将串并联泵并联工况下的泵机看作1个双输入单输出系统[5],将首、次级叶轮出口处压力值作为输入信号,将泵出口处压力值作为输出信号,首先分析叶轮参数对叶轮出口压力值的影响规律,再分析2个输入对输出贡献的大小,得出主振源和次主振源,最后得到对输出贡献最大的叶轮参数．1 串并联泵外特性针对某船用串并联泵水力设计图纸进行三维造型及仿真计算,泵的参数为Q=150 m3/h,H=80 m,n=2 900 r/min,叶轮进口直径Dj=102 mm,叶轮出口直径D2=255 mm,叶轮出口宽度b2=11 mm,蜗壳基圆直径D3=260 mm,蜗壳进口宽度b3=30 mm,其二维结构图及并联工况示意图如图1所示．图1 串并联泵结构示意图Fig.1 Structure of series-parallel pump文中使用三维造型软件Pro/E进行建模,并运用ICEMCFD软件对模型进行四面体网格划分,首级吸入室、次级吸入室、首级叶轮、次级叶轮网格数分别为154万、436万、41万和42万,所有过流部件流域总网格数为1 100万．ANSYS流体仿真模块CFD进行仿真计算,湍流模型采用Realizable k-ε模型,速度进口,自由出流出口．CFD-Post强大的后处理功能可以为后续的数据分析提供大量的计算数据,其中包括文中用到的绕轴力矩和物理量的面积分．其中物理量的面积分功能,可以给出串并联泵进出口压力．读取相应力矩值,从而计算绕旋转轴的力矩之和,可以得到泵的水力功率．通过设定不同的进口流量,计算不同流量下的扬程、功率和效率,并与试验值进行对比分析．文中对串并联泵扬程、功率和效率分别进行求解[6],则,(1)式中:pout,pin分别为串并联泵出口和进口总压,Pa;ΔZ为泵进、出口的高度差,文中忽略不计;ρ为流体密度．串并联泵的功率,(2)式中:M为作用在叶轮上的力对转轴的力矩,N·m;n为叶轮的转速,r/min．串并联泵的效率,(3)式中:ρ为介质密度；H为扬程；P为功率；Q为流量．文中将扬程-流量曲线的试验值和仿真值进行对比,如图2所示．由图可知,总体上,串并联泵并联工况下,扬程随流量的增大而降低．在小于额定流量时,扬程下降缓慢,而大于额定流量时,扬程下降较快．另外图中计算值始终高于试验值,这主要是由于数值计算过程中未考虑机械损失、摩擦、轴承等因素．在各流量点工况的计算值与试验值的误差小于5%,故认为仿真数据可靠[3,7]．图2 并联工况扬程-流量曲线Fig.2 Performance curves of pump2 振动影响分析2.1 多相干分析图3为双输入-单输出系统的简图,文中在首、次级叶轮出口处布置监测点,监测压力值数据,获得该处的时域信号,分别将其作为图3中的2个输入信号x1(t),x2(t)．在泵出口处布置监测点,获得输出信号．图3 双输入-单输出系统简图Fig.3 Double inputs-single output system2.1.1 常相干函数常相干函数常用来描述2个信号频域上的相互影响,即其中之一对另外一个频域上的贡献大小,并对该关系进行量化[5]．输入信号与输出信号之间的常相干函数表达式为，(4)式中:Gyy(f),Gii(f)分别为输出信号y和第i个输入信号的自谱密度函数;Giy(f)为Gii(f)和Gyy(f)的互谱密度函数．同样地,输入信号与输入信号之间的常相干函数表达式为，(5)式中:Gii(f),Gjj(f)分别为第i个输入信号和第j个输入信号的自谱密度函数;Gij(f)为第i个输入信号和第j个输入信号的互谱密度函数.当(f)=0或 (f)=0时,表示2个信号频域上毫不相干;当1或 (f)=1时,表示2个信号频域上完全相干[5]．2.1.2 偏相干分析偏相干函数描述2个信号去掉另一些信号对它们的线性影响后剩余信号之间的相干关系[5]．对于文中涉及的双输入-单输出系统,使用偏相干函数应满足下列2个条件:1) 所有信号都是平稳的,输入信号之间可以是相干的,也可以是不相干的;2) 任何2个输入信号之间的相干函数不应为1,输出信号与任何一个输入信号之间的偏相干函数不应为1．否则,前者将使2个信号有重复信息,后者将使模型不成为多输入-单输出模型．信号xi去掉信号xm1,xm2,…,xmq线性影响后的剩余信号用符号xi.m1,m2,…,mq表示,定义为,,(6)由此,将输入信号与输出信号之间的偏相干函数定义为，(7)，式中:Giy.m1,m2,…,mq为第i个输入信号与去掉其他信号影响后的输出信号y之间的互谱密度函数．类似地,2个输入信号之间的偏相干函数定义为，(8)，式中:Gij.m1,m2,…,mq为第i个输入信号与去掉其他信号影响后的第j个输入信号间的互谱密度函数．当=0或=0时,表示2个信号的剩余信号频域上毫不相干;当=1或=1时,表示2个信号的剩余信号频域上完全相干．2.2 叶轮参数对叶轮出口的影响为研究2种叶轮因素对泵出口压力脉动的贡献大小,设置了两因素三水平的方案来进行分析,如表1所示,表中z为叶片数,α为叶片出口安放角．表1 叶轮方案设计Tab.1 Design of impellers参数方案123456789α/(°)283032283032283032z555666777根据表1的设计,使用ANSYS CFD仿真软件进行非定常计算[8-9],设置步数为1 080步,每步步长为5.747×10-5 s,并在首、次级叶轮和泵出口处设置监测点[10],根据监测数据获得叶轮出口处时域信号,如图4,5所示．由图4,5可以看出,不同方案下的叶轮出口处压力值呈现较为稳定的周期变化,波峰数量与叶片数相同,而且出现了二次波峰．另外,首、次级叶轮出口压力峰值随叶片数的增加而增加,5叶片方案峰值大约为7.0×105 Pa,6叶片方案峰值大约为7.5×105 Pa(首级叶轮)和8.0×105 Pa(次级叶轮),7叶片方案峰值大约为8.0×105 Pa(首级叶轮)和8.3×105 Pa(次级叶轮),叶片出口安放角变化时则没有明显变化．经过快速傅里叶变换[10-11],将时域信号转化为频域信号,其频谱图如图6所示．图4 不同方案首级叶轮出口处压力值Fig.4 Pressure of different preliminary impellers图5 不同方案次级叶轮出口处压力值Fig.5 Pressure at outlet of different secondary impellers图6 首、次级叶轮出口压力频谱图Fig.6 Spectral chart of pressure of two impellers文中涉及泵轴转速n=2 900 r/min,转频fn=n/60=48.33 Hz,方案1,2,3对应的5叶片叶轮叶片通过频率为f=5fn=241.65 Hz,6叶片叶频为289.98 Hz,7叶片叶频为338.31 Hz．由图6可知,各方案频域主峰值均在叶频处,其余峰值也出现在倍叶频处[12],且不论首、次级叶轮,各个方案压力脉动均以低频脉动为主．出口安放角相同的情况下,改变叶片数,频域信号的主峰值变化较为明显;而在叶片数相同的情况下,改变出口安放角对出口压力频域信号影响不大．由此可知,在叶轮参数中,叶片数对叶轮出口压力值贡献较大．3 双输入-单输出信号系统分析选取模型叶轮(5叶片、出口安放角28°)方案进行仿真计算,将首、次级叶轮出口处及泵出口处压力脉动信号导入Matlab软件中,运用拟合工具CFTool进行傅里叶拟合．取1 080步中最后360步作为拟合依据(一步对应叶轮旋转的1°,故选取的是叶轮旋转的最后一圈),其拟合结果如图7所示．其中,图7a,b,c分别为首级信号x1(t),次级信号x2(t)和泵出口信号y(t)拟合结果．由图可知,x1(t),x2(t)和y(t)的拟合度分别为0.809 6,0.818 0和0.719 4,拟合度越高,代表拟合的误差越小,结果越准确．故可以认为文中的拟合可行．根据双输入信号x1(t),x2(t),绘制两者之间的相干函数图如图8所示,图中γ为相干系数．由图8可知,信号x1(t)和x2(t)的相干函数0γ2<>[6]．图7 压力信号拟合Fig.7 Fitting of pressure signals图8 输入信号相干函数Fig.8 Coherence function of signals运用偏相干函数,分析2个输入信号分别对输出信号贡献大小,获得结果如图9所示．图9 输入信号对输出信号偏相关函数Fig.9 Partial correlation function of two signals由图9可知,首级信号x1(t)对输出信号y(t)的贡献较次级信号x2(t)更为明显,在多个频段上,x1(t)的偏相干函数值都明显大于x2(t)．另外,在个别频段,次级信号的偏相干函数值大于首级信号,这可能是x2(t)对y(t)的非线性影响依然存在,并没有完全消除的原因[13-14]．根据上述分析结果,通过改变首级叶轮叶片数来观察泵出口处压力脉动的变化情况．改变首级叶轮叶片数为5,6,7叶片,出口安放角统一使用28°,将泵出口处压力值采集后进行傅里叶变换,得到频域图如图10所示．图10 不同叶片数泵出口压力值频谱图Fig.10Spectral chart of outlet pressure of different impellers由图10可知,5叶片方案对应的泵出口压力频域中,第1个峰值出现在490 Hz附近,幅值为27 kPa;6叶片方案对应的第1个峰值出现在530 Hz附近,幅值为7 kPa;7叶片方案对应的第1个峰值出现在300 Hz附近,幅值为4 kPa．可以看出,随着叶片数增加,泵出口压力幅值在减小,其影响是比较明显的．然而在实际设计中,叶片数的选择和泵的比转数、扬程等参数有关,并且需要考虑很多其他的因素,例如输送介质如果是固液混输,则需考虑减少叶轮叶片数．4 结论1) 叶轮出口压力峰值随叶片数的增加而增加,而随叶片出口安放角变化不明显．2) 首级叶轮和次级叶轮出口及泵出口压力脉动信号呈现一定规律,拟合结果为首级叶轮、次级叶轮和泵出口处信号的拟合度分别为0.809 6,0.818 0和0.719 4．3) 首级叶轮出口压力脉动信号和次级叶轮出口压力脉动信号间存在相干关系,但不完全相干;首级叶轮叶片数对泵出口处压力脉动影响较大．4) 增加首级叶轮叶片数,泵出口压力脉动峰值降低,叶片数为7时泵出口压力脉动频域峰值最小．参考文献(References)[1] 袁寿其, 薛菲, 袁建平,等. 离心泵压力脉动对流动噪声影响的试验研究[J]. 排灌机械, 2009, 27(5):287-290.YUAN Shouqi, XUE Fei, YUAN Jianping, et al. 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Journal of drainage and irrigation machinery engineering, 2010, 28(3):219-223.(in Chinese)(责任编辑盛杰)doi:10.3969/j.issn.1674-8530.15.0247收稿日期: 2015-11-13; 网络出版时间：2016-07-11基金项目: 国家自然科学基金资助项目(51279069,51079063)作者简介: 柴立平(1969—),男,安徽滁州人,研究员(***************),主要从事化工泵设计开发及试验研究.叶欢(1992—),男,安徽滁州人,硕士研究生(****************),主要从事流体机械研究.中图分类号: TH311文献标志码:A文章编号： 1674-8530(2016)08-0645-06Influence of impeller parameters on pressure fluctuation in pump outletCHAI Liping1, YE Huan2, REN Zhiming2, LI Hui2(1.Institute of Chemical Machinery, Hefei University of Technology, Hefei, Anhui 230009, China; 2.School of Mechanical and Automotive Engineering, Hefei University of Technology, Hefei, Anhui 230009, China)Abstract: In order to study the vibration performance of series-parallel pump′s outlet, fast Fourier transform and multi-coherent analysis technique was used to analyze the pressure data. Firstly, the orthogonal experiment of two parameters and three levels was carried out to evaluate the influence of the number of blades and the blade angle on impeller′s outlet. Then, the pressure signal of impeller′s outlet was fitted, andtrigonometric function expressions were got， the fitting degree of three signals was 0.809 6, 0.818 0 and 0.719 4, and the multi-coherent analysis technique was used to reveal the influence of primary and secondary impellers. The results indicate that the peak of frequency domain of impeller′s outlet pressure appears in the position of blade frequency, which accords with the rotation rule;the number of primary impeller′s blades affect the pump outlet pressure fluctuation most; and the peak value of pump′s outlet pressure reduces wh en the number of primary impeller′s blades increases. The research can be as a reference for the design of series-parallel pump.Key words: series-parallel pump; pressure fluctuation; impeller parameter; signal analysis。
诱导轮与叶轮的匹配关系对高速离心泵性能影响研究
诱导轮与叶轮的匹配关系对高速离心泵性能影响研究诱导轮与叶轮的匹配关系对高速离心泵性能影响研究概述：高速离心泵在工业领域起着重要作用，广泛应用于供水、化工、农业灌溉等领域。
诱导轮与叶轮是高速离心泵的两个重要组成部分，其匹配关系直接影响离心泵的性能。
为了研究并优化诱导轮与叶轮的匹配关系对高速离心泵性能的影响，本文将通过实验和数值模拟的方法从几个角度进行深入研究。
1. 引言高速离心泵作为一种常见的液体输送设备，其性能主要通过流体能量转换来实现。
而诱导轮与叶轮之间的匹配关系则影响着流体能量的转换效率，从而直接关系到泵的工作性能。
2. 实验方法为了研究诱导轮与叶轮的匹配关系对高速离心泵性能的影响，我们设计了一套实验平台。
首先，根据一定的设计参数，制作不同匹配关系的诱导轮和叶轮。
然后，在实验平台上测试不同匹配关系下的泵流量、扬程等性能指标，并记录数据进行分析。
3. 实验结果与分析通过实验，我们得到了不同匹配关系下的离心泵性能曲线。
经过分析发现，诱导轮与叶轮之间的匹配关系对泵的性能有直接影响。
当诱导轮与叶轮的匹配关系较好时，离心泵的流量和扬程都较高；而当匹配关系不合理时，泵的性能指标则会明显下降。
4. 数值模拟方法为了更进一步研究诱导轮与叶轮的匹配关系对离心泵性能的影响，我们运用计算流体力学（CFD）方法进行数值模拟。
首先，建立离心泵的三维模型，并进行网格划分。
然后，采用标准k-ε湍流模型进行模拟，得到不同匹配关系下的泵内流场分布情况。
5. 数值模拟结果与分析通过数值模拟，我们得到了不同匹配关系下的离心泵内流场分布图。
进一步分析发现，当诱导轮与叶轮的匹配关系合理时，泵内流体能够充分转移，从而提高泵的性能；而当匹配关系不合理时，泵内存在流动分离现象，导致能量损失和性能下降。
6. 优化匹配关系方法综合实验和数值模拟的结果，我们可以得出一些优化匹配关系的方法。
首先，通过设计合适的叶片形状和诱导轮进口角度，提高匹配关系的适配性。
导叶叶片数对喷水推进泵瞬态特性的影响
导叶叶片数对喷水推进泵瞬态特性的影响
李明慧;刘厚林;谈明高;吴贤芳;马皓晨
【期刊名称】《排灌机械工程学报》
【年(卷),期】2024(42)1
【摘要】为揭示喷水推进泵不同导叶叶片数时的瞬态特性规律,基于DES混合模拟和FEM声学有限元方法,对喷水推进泵流场和声场进行数值模拟,并进行试验,验证了瞬态特性数值计算方法的准确性,研究了不同导叶叶片数(Z=5,6,7)对喷水推进泵推力、压力脉动、内流诱导噪声等性能的影响规律.结果表明:随着导叶叶片数增大,喷水推进泵推力先减小后增大,流量逐渐减小,转矩逐渐增大;导叶叶片数对叶轮出口压力脉动分布规律影响较小,对压力脉动主频处幅值有较大影响,轮毂处压力脉动幅值受导叶叶片数增大先减小后增大,轮缘和流道中心处幅值随着导叶叶片数增大逐渐减小;导叶叶片数变化会改变内流诱导噪声主频,增大导叶叶片数有利于降低喷水推进泵内流诱导噪声主频处幅值和总声压级.
【总页数】7页(P14-20)
【作者】李明慧;刘厚林;谈明高;吴贤芳;马皓晨
【作者单位】江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心;江苏大学能源与动力工程学院;江苏大学机械工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】S277.9;U664.34
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叶轮导叶匹配关系对混流泵压力脉动及结构特性的影响
混流泵是一种介于离心泵与轴流泵之间的一种泵型,它具备扬程变化范围大、高效区宽等优点,具有非常广阔的应用前景。
空间导叶式混流泵在运行时,由于流道内流体的不稳定流动以及高速旋转的叶轮与静止导叶之间存在动静干涉作用
会导致流场内出现压力脉动现象,这种现象的存在不仅使得内流场变得更加紊乱,甚至会影响混流泵机组的稳定运行。
而从导叶式混流泵设计角度而言,当叶轮或导叶的某个几何参数改变时,它
们之间的匹配关系随之发生改变,最终会导致空间导叶式混流泵的内外特性发生改变。
本课题立足于西华大学省部级学科平台开放课题项目“导叶式混流泵变工况内流分析及鲁棒优化设计研究”,以上海某泵企设计研发的比转速
n<sub>s</sub>为520的空间导叶式混流泵为研究对象,在进行了网格无关性检
验与湍流模型的对比研究基础上开展了以下研究工作:1.基于不同的叶轮导叶之间匹配关系（叶轮导叶之间轴向间隙、导叶叶片数、导叶扫掠角）对混流泵进行三维建模,研究了叶轮导叶匹配关系对混流泵外特性和内流场的影响。
研究表明:设计工况下,当叶轮导叶之间轴向间隙为0.46b<sub>2</sub>时,
混流泵的扬程效率最佳,叶轮导叶之间动静干涉作用最弱;导叶数的增加使得混
流泵的扬程效率先增大后减小,当导叶数为9时,导叶内涡体的面积最小,导叶区域的流动最为稳定;导叶前掠时的扬程效率比后掠时的要高,且当导叶扫掠角为
+10°时其内部区域湍流剧烈程度最低。
2.针对不同的混流泵叶轮导叶匹配组合,分别在叶轮进口处、叶轮导叶之间、导叶流道中部和导叶出口处各设置三个沿径向分布的监测点,并通过非定常计算获取各监测点处压力数据,然后结合叶轮导
叶之间动静干涉效应及涡结构变化对泵内压力脉动分析后发现:泵内的压力脉动
整体呈现出一种周期性变化的趋势,且这种变化与叶轮导叶轴向间隙、导叶叶片数及导叶扫掠角有关。
泵内压力脉动主频为叶轮的转频与叶片通过频率,泵内最大压力脉动幅度发生在叶轮进口处,不同叶轮导叶匹配关系对叶轮导叶间的动静干涉效应与涡结构有着不同的影响。
3.基于流固耦合作用,对不同叶轮导叶匹配关系下的混流泵叶轮导叶结构部件进行静力学分析。
研究了不同叶轮导叶匹配组合下叶轮导叶上的应力及变形分布情况,获取最大应力值及最大变形出现的位置,并对叶轮导叶结构强度进行校核。
分析发现:设计工况下,混流泵叶轮上应力分布均匀且呈中心对称趋势,叶轮最大应力出现在叶片压力面靠近轮毂位置处,最大变形位置出现在导叶进口边靠近轮毂处。
对于不同叶轮导叶匹配关系,混流泵叶轮上的应力分布未出现显著改变,导叶上的应力变化会随着叶轮导叶间轴向间隙的增大而先增大后减小,最终保持稳定;导叶数的增加会使得叶轮导叶上的最大等效应力先增大后较小;随着导叶扫掠角的增大,导叶上应力大小分布变化显著,且当导叶扫掠角后掠时,导叶上的应力集中现象加剧。
在对叶轮导叶结构强度进行检验时发现,不同叶轮导叶匹配组合中,最小安全系数为4.51,高于此时结构的需用安全系数3.6,因此结构强度均满足设计要求。