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低比转数离心泵进口预旋的数值计算研究

来源:www.timetimetime.net 时间:2019-09-27 编辑:管理

低比转速离心泵一般是指转数为n=30-80的离心泵,广泛用于农业排灌,城市供水,锅炉给水,矿山,石油和化工等行业。与中高比转速离心泵相比,低比转速离心泵有其特殊性,即轴功率曲线随流量的增加而迅速上升,通常没有极值,导致泵运转。在大流量区域内容易出现过载现象。因此,研究一种具有超载性能的低比转速离心泵的设计方法非常重要。

传统的空载理论假设叶轮入口没有旋转。通过适当减小叶轮出口宽度,叶片出口角度和叶片数量,可以实现非过载性能,并最终获得良好的效果。然而,有时满足加工条件和操作条件。以及效率的限制和其他因素,仅在叶轮上很难实现无过载性能。预旋转预旋转调节技术已被广泛应用于风机和压缩机,并在国内外进行了深入的研究。并逐渐应用于水泵,已证明该技术是一种较好的工作条件调节方法。

对于多级离心泵,可以通过级间导向叶片产生预旋转。对于单级离心泵,预导向叶片可以产生预旋转。要研究预旋转对离心泵性能的影响,请选择一个计算区域。级离心泵QDX6-20-0。 75是研究对象。以商业软件Fluent 6. 2为平台设计3套方案,通过数值模拟分析其内部流场和外部特性。

1个方案设计

QDX6-20-0的设计参数。 75是流量Q=6 m/h扬程H=20 m,匹配的电动机功率P=0.75 kW,速度n=2 850 r/min,比转速n=45。

叶轮和蜗壳的设计采用速度系数法,泵采用优良的水力模型。蜗壳采用较小的基圆直径。叶轮和泵体的主要几何参数为叶轮进口直径d-48mm。叶轮直径d=18 mm,叶轮出口直径d-135 mm,叶轮出口宽度z=8 mm,泵体出口直径d=34 mm,泵体底座直径d3=136 mm,泵体宽度b3-20 mm。为了减小轴向长度,前导叶采用径向叶片的形式,径向叶片由环的圆周进给。为了更好地引导水流产生预旋,根据等角对数螺线设计了前导叶。/P>

为了使多级泵产生不同的预旋转,改变了前叶片的出口角度。在输出宽度文本中,设计了三组方案,其中方案1中的900相当于无自旋输入,其他方案增加了不同程度的正预旋转。

2数值模拟

2。1模型建立

qdx6-20-0的主要结构。75潜油电泵主要由电动机、前导叶、叶轮和蜗壳组成。整个泵结构如图la所示。其中,前导叶、叶轮、蜗壳均为过流。数值模拟需要求解流场空间。为了得到流体面积,在pro/e绘图软件中首先对每种方案的前导叶和叶轮零件进行三维造型,然后用轴投影法绘制水面。旋转物体,然后将实体部分模型导入布尔运算,即得到流道水体模型。蜗壳的部分形状比水体复杂,只需要水体来计算。

2。2啮合

本文中的网格生成是由gambit专用预处理软件包完成的。采用自适应非结构网格对整个流场进行离散。各方案蜗壳和出口段的几何模型相同。计算相同的网格。经过独立网格分析,总网格数保持在1.0x1以上,计算性能基本稳定。

2。3求解控制参数和边界条件

在使用fluent软件进行模拟计算时,采用标准的k湍流模型来封闭控制方程。采用simple算法,速度项、湍动能项和旋涡系数项为一阶迎风差分格式,以欠松弛因子为默认值。两者都设置为10-5。入口边界条件采用速度入口,出口采用自由出口,固壁满足无滑移条件,即相对速度=0,压力作为第二类边界条件。

3多程序性能分析

三.1静压分布

流量分别为2-6-10m3/h时不同方案的静压云图。

各图中的静压分布具有相同的特性。从叶轮的入口到出口,静压逐渐升高,并且最小值出现在叶轮入口侧的背面。在相同半径上的工作表面的压力大于背面的压力。压力随着半径的增加而增加,在外壁达到最大值,静压力沿液体流动的方向增加。在扩散段中,压力达到最大值,这是由于蜗壳中的液体速度降低以及动能转换所致。为压力能量。另外,在小流量条件下,每种方案的静压和分布几乎相同。随着流量的增加,每种方案的静压相应降低。方案3较慢,方案3最快。通过比较同一方案的不同流量,发现预旋转的影响随着流量的增加而逐渐增加,即在小流量情况下,正预旋转对流量的影响较大。静压很高。较小,随着流量的增加,正向预旋转对静压降低的影响越来越大。通过比较相同流速下的不同方案,可以发现入口1的静压力始终最高,而方案3的静压力始终最低。说明预旋转泵内的压力,预旋转越强,压降越大。

3. 2相对速度分析

预旋转对叶轮内液体流动的影响主要体现在叶轮入口处,因此叶轮入口侧的流动状态会部分扩大。

从图3可以看出,叶片背面的相对速度大于工作表面的相对速度,因为叶轮内部的相对运动是均匀流动和轴向叠加的结果。涡旋运动。从叶片的背面到工作表面,速度变化梯度从小到大分别为方案1,方案2和方案3。从方案1可以清楚地看到,部分液体从叶片背面流向叶片。刀片工作面。在方案2和方案3中,这种流动现象并不明显。由于叶轮是根据正攻角设计的,因此在额定工作条件下,流动角小于叶片放置角,并且流体的后部区域刀片的入口侧将流到下一个刀片的工作表面,因为它不受刀片的约束。在被工作表面阻塞之后,它沿着刀片的工作表面流动,从而工作表面的速度将增加。可以看出,液体的流动角度越小,这种现象越明显。

3. 3周向速度分析

叶轮中流体粒子的速度三角形如图U所示。速度是围绕叶轮轴线形成的圆的切线方向,粒子的相对速度,粒子的绝对速度和切线方向沿流线的点。绝对速度:是沿流线的点的切线方向。速度角u是绝对液体流动角A。在此规定,当绝对速度V.的径向分量向外流动时,它为正,向内流动,它为负。相对速度和方向角u是每月相对液体流动角。叶轮入口前的绝对液体流动角α由流入条件决定,预旋流的大小可以由绝对液体流动角表示。从速度三角形可以看出,在相同流量下绝对液体流动角的变化将引起圆周速度v,相对速度和相对液体流动角的每月变化。预旋转越强,a越小。如果A< 0,有回流。可以通过观察绝对液体流动角度来研究叶轮前方的流动状态。另外,从图4中部可以研究叶轮前面的流动状态。从车轮入口的速度三角形可以看出,正向预旋转会增加液体的流动角度。由于方案2和方案3的液体流角比方案1大,所以从叶片回到工作面的液体流量将减少,从叶片回到工作面的速度梯度将增加。

4结论

1)预纺可以降低泵内的静压力,流量越大,压降越大;预旋转越强,下降越明显。

2)叶轮叶片入口前方横截面上的流动是复杂的三维流动。由于叶轮叶片的影响,沿圆周的流动呈现一定的周期性,并存在一个回水盆地。

3)预旋转越强,导叶出口的圆周速度就越大。在不考虑侧壁的影响的情况下,圆周速度沿径向从内到外增加。沿流动方向,圆周速度略有下降,这与保持速度矩的定理有所偏离。

4)从外部特性来看,通过增加预旋转可以获得陡峭的HQ曲线和平坦的PQ曲线,并且从小流量到额定流量的效率有所提高。因此,通过预旋转在不过载的情况下实现完全提升是可行的。

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