长轴离心泵的改型设计及性能的数值分析

摘要

立式长轴离心泵（文中简称“长轴泵”）其压水室多采用空间导叶，具有轴向长径向短的特点。近年来，有一些长轴泵的相关研究，但多数学者关注的是其叶轮的性能优化。然而除叶轮外，空间导叶、导轴承体和喇叭口支架等静止部件对泵的水力性能影响也不容忽视。基于上述研究背景，本文以CPLC型立式长轴泵为研究对象，采用CFD数值模拟方法，对其空间导叶、导轴承体和吸入喇叭口支架等部件进行内流分析和改型设计，旨在为提高长轴泵整体性能提供依据。
　　1）针对空间导叶式长轴泵效率偏低、能耗较高的问题，采用CFD数值计算方法分析了二级长轴泵首级空间导叶存在的问题并提出改进思路。探究了叶片出口角、进口角、包角等重要结构参数对导叶性能的影响，进而采用正交试验法对包角、进口边位置、出口边位置、导叶轴向长度四个因素进行分析。通过对试验结果的方差分析和极差分析，得到了四个因素对额定扬程、额定效率、轴功率和圆周速度四个指标影响的显著性和实现单级扬程最高、单级效率最高、导叶出口圆周速度最低的三种最优参数组合。通过对首级泵性能和首级出流对次级泵的影响的综合分析，依据整泵效率最优的原则优选出最终方案。
　　2）分析了导轴承体对长轴泵内部流动的影响，借鉴轴流泵后置导叶的设计方法对现有导轴承体的结构进行重新设计，并对支撑厚度、支撑轴面形状、进口安放角、支撑数等参数进行了优选。改型后导轴承体处水力损失减小，同时对出口环量的消除作用增强。
　　3）从外特性、内部流动特性和压力脉动特性三个方面详细分析了喇叭口支架对长轴泵水力性能的影响。结果显示，喇叭口支架使得喇叭口流道内水力损失增加，同时使喇叭口内水流速度增加，压力减小，叶轮与喇叭口支架之间会产生动静干涉作用，但喇叭口支架对长轴泵性水力能影响较小。

目录

声明

1绪论

1.1课题研究的目的及意义

1.2国内外研究现状及工程要求

1.3本文研究方法及主要内容

2空间导叶式离心泵数值模拟基本理论

2.1数值模拟理论及方法

2.2长轴泵数值模拟方法

2.3本章小结

3首级空间导叶的数值分析及改型设计

3.1原始模型的数值模拟与问题诊断

3.2出口安放角对导叶性能的影响

3.3进口安放角对导叶性能的影响

3.4叶片包角对导叶性能的影响

3.5首级空间导叶的正交试验分析

3.6本章小结

4导轴承体的数值分析及改型设计

4.1导轴承体对长轴泵性能的影响

4.2导轴承体结构的改型设计

4.3 本章小结

5喇叭口支架对长轴泵性能的影响

5.1喇叭口支架对外特性和内部流动特性的影响

5.2喇叭口支架对长轴泵非定常压力脉动特性的影响

5.3本章小结

6全文总结及展望

6.1全文总结

6.2后期展望

致谢

参考文献

附录 攻读学位期间发表论文