多级泵平衡盘两间隙内速度与压力分布

摘要

多级离心泵是一种通用水力机械，这种高扬程的泵在冶金、热能发电等部门具有不可替代的作用。在多级泵的应用过程中，轴向力的大小是影响泵运行稳定性和使用寿命的重要因素。而多级泵的运行特点是轴向力很大，有时可达十余吨，这是由于叶轮的轴向力同向叠加的结果。目前普遍采用的平衡机构为平衡盘，依靠平衡盘径向和轴向的两个间隙产生的压力差来平衡叶轮轴向力。当前平衡盘尺寸的设计计算都是用经验数据和半经验公式，缺乏对两个间隙的流动规律的理论分析和实验模拟，对于出现的多级泵平衡盘研磨等问题不能进行有效的理论分析，导致设计出的平衡盘对轴向力的平衡效果不理想。 本文跟踪水泵行业的这一难点问题，以N-S方程为基础，通过理论分析推导出两间隙内流动规律的数学表达式，用数学表达式来描述平衡盘两间隙内的流动特点，为平衡盘的设计提供理论依据。 本课题利用计算流体动力学（CFD）方法，分别选择层流和湍流计算模型，通过Gambit软件贴体坐标和六面体网格系统，生成计算网格，最后用Fluent软件进行三维内部流场的数值模拟。 本文所讲述的研究将分析这两个间隙内的流动规律，深入认识两间隙内的流动特点。本论文主要以理论（N-S方程）和模拟方法，确定多级泵轴向和径向间隙内的速度、压力分布。首先，将多级泵轴向和径向间隙中的流动设置为层流，以N-S方程分别推导出在泵轴静止且间隙进出口存在压差和泵轴旋转且间隙进出口无压差状态下间隙内速度和压力的数学表达式；其次，利用三维建模软件分别对两个间隙进行建模，在Fluent软件中分别设置为层流和湍流计算模型，模拟出径向间隙和轴向间隙的压力和速度分布；最后，通过分析模拟计算结果，发现两间隙内的流动规律，并验证所推导数学表达式的正确性。 通过对模拟结果的分析，得出了一下重要结论： 在层流和湍流状态下，无论轴向间隙还是径向间隙，泵轴旋转且进出口存在压差时，平衡盘间隙内流动均为无压差时仅由轴套旋转引起的圆周运动与泵轴静止，由压力差引起的轴向运动的叠加。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题的来源

1.2课题的研究目的和意义

1.3国内外研究现状及发展趋势

1.4本课题的主要研究内容、途径及技术路线

第二章平衡盘两间隙内流动的理论分析

2.1平衡盘的工作原理

2.2径向间隙内流动理论分析

2.3轴向间隙内流动理论分析

第三章CFD理论综述

3.1 CFD的简介

3.2 CFD的求解过程

3.3数值求解的理论基础

3.4 CFD中的三维湍流模型

3.5 FLUENT的介绍

第四章三维实体建模及网格划分

4.1 Fluent软件的前处理器Gambit的简单介绍

4.2平衡盘径向与轴向间隙模型的建立

4.3平衡盘径向与轴向间隙模型网格的划分

第五章数值模拟结果与分析

5.1平衡盘径向间隙内层流状态下流动的模拟计算结果

5.2平衡盘径向间隙内湍流状态下流动的模拟计算结果

5.3平衡盘轴向间隙内层流状态下流动的模拟计算结果

5.4平衡盘轴向间隙内湍流状态下流动的模拟计算结果

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

附录 发表论文

致谢