溴化锂制冷机组用诱导轮能量特性及空化特性的研究

摘要

溴化锂吸收式制冷机组中的屏蔽泵在机组中起着输送溶液和增强传热、传质效果的作用。屏蔽泵抗汽蚀性能的优劣表征了制冷机技术水平,直接影响到整个机组的可靠性。溴化锂吸收式制冷机内的溶液及冷剂水在屏蔽泵的进口处都处于饱和状态或十分接近饱和状态,屏蔽泵需要使用诱导轮。因此对屏蔽泵诱导轮能量特性及空化特性的研究非常重要。
　　 输送稀溶液至发生器的屏蔽泵,一般要求十几米扬程,多采用诱导轮和离心轮的组合型式;输送浓溶液至吸收器喷淋的屏蔽泵,一般只要求几米扬程,可以单独使用一个诱导轮,作为一种特殊型式的独立诱导轮泵。本课题主要探讨了诱导轮的能量特性及空化特性,主要研究内容及成果如下:
　　 (1)结合基于实验统计的诱导轮结构参数经验公式和诱导轮的空化特性,利用Delphi软件得到变螺距诱导轮的计算程序界面,优化了变螺距诱导轮的设计。
　　 (2)根据程序计算结果,应用Pro/E软件对诱导轮进行实体建模,采用ICEM对水体模型划分网格,导入CFX中对几种不同型式的诱导轮进行性能预测,对比分析它们的能量特性及空化特性。研究表明:诱导轮的进口形状对其能量性能及空化性能影响很大;叶栅稠密度越大,改变诱导轮进口形状对其能量性能的影响也越大;在空化发展过程中,进出口安放角较小的诱导轮进口空泡量较少,而流道中的空泡量较多,进出口安放角较大的诱导轮与之相反。
　　 (3)探讨了诱导轮的空化初生与叶尖回流涡的关系以及回流涡随空化发展的变化过程。得出了初步结论:空化首先发生于诱导轮叶尖回流涡所在的区域,随着空化的发展,靠近前缘处的回流涡逐渐消失。对比分析几种不同型式诱导轮的空化特性,探讨了诱导轮临界汽蚀状态点的评定,得出具有参考价值的结论:诱导轮扬程的下降与叶片背面进口处空泡区沿流线方向的长度有关。
　　 (4)针对诱导轮在偏设计工况下性能变化幅度很大的特性,首次分析了小流量下诱导轮和主叶轮配套使用时的局限性。小流量下,由于离心轮偏离设计工况而产生回流,造成诱导轮内的流动也很不稳定,诱导轮内的空化远比其单独工作时的情况要严重,特别是叶栅稠密度很小的两叶片诱导轮,离心轮产生的回流对其空化性能影响更大;在没有轴向间距的情况下,离心轮内的空泡分布极不对称,局部空化非常严重,在主叶轮和诱导轮无法精确匹配的情况下,两者之间在轴向上应有一段间距。
　　 (5)探讨了独立诱导轮泵的设计方法,模拟得到其能量特性及空化特性。独立诱导轮泵的水力效率并不像传统认为的那样低,在很宽的流量范围内水力效率曲线变化平缓,而在大流量区水力效率下降较快。独立诱导轮泵的扬程曲线随流量增加几乎呈直线下降,因此独立诱导轮泵更适用于小流量工况。
　　 (6)对加大独立诱导轮泵轴向长度影响其能量特性及空化特性进行研究。在设计流量点,加长轴向长度对扬程影响不大;在小流量区,扬程有所提高;在大流量区,扬程反而有所降低。加长独立诱导轮泵的轴向长度后,其抗汽蚀性能有所提高,在相同汽蚀余量下,扬程下降幅度较小,空泡被抑制在诱导轮进口,具有创新性。