可调前置导叶对轴流泵性能的影响

摘要

大型轴流泵通常采用变角方式调节运行工况。叶轮叶片动调节机构在立式泵中的应用已比较成熟，但此调节机构在低扬程泵站经常采用的卧式泵装置中直接运用会存在问题。由于低扬程卧式泵转速较低，需要齿轮箱进行减速，而齿轮箱位于水泵和电机之间，这就造成了叶轮叶片动调节机构布置上的困难。因此通常的做法是将叶片调节机构布置在叶轮前面的直导叶体中，这种情况下，通过调节前置导叶来实现工况调节的方法就值得考虑。相比于叶轮叶片动调节机构，调节前置导叶的调节机构布置在静止的部件上，结构可简化，成本可降低。为了验证通过前置导叶调节水泵工况的可行性和优劣，对比加装前导叶前后轴流泵性能变化的研究就很有意义。
　　 本文在分析前置导叶工况调节机理的基础上，采用三维雷诺平均N-S方程和标准k-ε紊流模型进行三维流场的数值计算，分析前置导叶调节工况的可行性及具体的调节效果。主要内容包括:(1)叶轮叶片安放角对轴流泵特性的影响;(2)叶轮叶片安放角固定时，前置导叶叶片安放角对轴流泵能量特性和汽蚀特性的影响;(3)前置导叶的能量损失分析;(4)两种不同前置导叶叶片数对性能调节效果的影响分析。
　　 研究表明，通过改变前置导叶安放角可有效改变轴流泵的特性曲线，实现工况调节的目的。通用性能曲线上的高效区分布与叶轮叶片调节的高效区分布有明显差异。叶轮叶片安放角调节，高效区鸭蛋圆长轴基本上与流量轴平行，适用于扬程变幅小，流量调节范围大的应用场合;前置导叶安放角调节，高效区鸭蛋圆长轴方向接近沿Q-H线方向分布，比较适用于扬程变幅较大的应用场合。导叶安放角增大后，导叶水力损失明显增大。导叶安放角适合往正角度方向调节。前置导叶还能改善轴流泵的马鞍区，使高扬程工况运行时更加平稳。前置导叶使泵的必需汽蚀余量有所增加，在设计工况约增加0.5米。前置导叶有水力损失会造成泵整体效率的有所下降。但与采用叶轮进口前布置叶轮叶片调节机构的方式相比，效率下降并不明显，因此，采用可调节前置导叶实现泵工况调节的方式在工程上具有应用价值。

目录

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 论文研究的目的和意义

1．2 研究现状

1．2．1 前置导叶调节在水泵中的应用

1．2．2 前置导叶对泵性能的影响

1．2．3 CFD在研究泵性能中的应用

1．3 本文的主要工作

第二章 三维紊流数值模拟方法

2．1 控制方程

2．2 紊流运动数值模拟方法

2．3 紊流模型

2．4 数值计算方法

2．5 软件介绍

第三章 叶轮叶片安放角对泵水力性能影响的CFD分析

3．1 模型泵泵段三维造型及网格的生成

3．1．1 模型泵段的组成

3．1．2 模型泵泵段三维造型技术

3．1．3 模型泵泵段网格的划分

3．2 模型泵泵段边界条件的设置

3．3 计算参数的设置

3．4 计算结果的后处理

3．5 泵段水力性能分析

第四章 前置导叶叶片安放角对泵水力性能影响的CFD分析

4．1 前置导叶及其布置

4．1．1 前置导叶的基本信息

4．1．2 前置导叶的布置及其调节机理

4．1．3 前置导叶泵段造型及前处理

4．2 前置导叶对外特性及汽蚀性能的影响

4．2．1 前置导叶对外特性的影响

4．2．2 前置导叶对汽蚀性能的影响

4．3 前置导叶流场及水力损失

4．3．1 前置导叶的能量损失

4．3．2 导叶流场分析

4．4 前置导叶叶片数量对调节效果的影响

第五章 结论与展望

5．1 全文总结

5．2 展望

参考文献

致谢

声明