從圖中可以看出,隨著水泵轉(zhuǎn)速的上升,軸向力逐漸增加,增加速率也逐漸增大,軸向力脈動幅度也逐漸增大。在0.25s之前,穩(wěn)態(tài)計算的軸向力與瞬態(tài)過程的軸向力大小接近,在1.2s之后,穩(wěn)態(tài)計算的軸向力明顯小于瞬態(tài)計算的軸向力且隨著轉(zhuǎn)速的上升,這個差值逐漸增加;關(guān)閥啟動瞬態(tài)過程的末期軸向力存在一個明顯的沖擊峰值。
本文對一臺超低比轉(zhuǎn)速模型泵在關(guān)死點工況進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)關(guān)閥啟動過程的CFD數(shù)值模擬,分析了不同啟動加速度對瞬態(tài)沖擊揚程的影響,以及關(guān)死點工況穩(wěn)態(tài)過程與瞬態(tài)過程揚程、內(nèi)流場和軸向力的區(qū)別,得到以下結(jié)論:
關(guān)死點穩(wěn)態(tài)工況下?lián)P程-轉(zhuǎn)速曲線與試驗測得結(jié)果的變化趨勢相同,隨著轉(zhuǎn)速的增加,管道泵關(guān)死點揚程逐漸增大;額定轉(zhuǎn)速處關(guān)死點揚程的模擬值為76.91m,試驗測得關(guān)死點揚程為74.02m,模擬值與試驗值的偏差為3.89%,其余工況最大偏差均小于5%;結(jié)果表明,本文對超低比轉(zhuǎn)速離心泵關(guān)死點處的數(shù)值計算方法是可行的。
關(guān)閥啟動過程中,3種不同啟動加速度下啟動過程的末期均出現(xiàn)一個沖擊揚程,隨著啟動加速度的增大,這個沖擊揚程也逐漸增大。沖擊揚程的大小分別為83.31m、81.62m和80.13m;模型泵關(guān)死點處的揚程計算值為76.91m,3種不同啟動加速度下,啟動完成時的瞬態(tài)揚程分別比穩(wěn)態(tài)揚程高出8.32%、6.13%、4.19%。瞬態(tài)沖擊揚程模擬值與試驗值的偏差分別為3.99%、2.85%、2.04%,沖擊揚程偏差均在5°%以內(nèi)。
在同一時刻,穩(wěn)態(tài)過程泵中間截面的靜壓分布、絕對速度流線分布和相對速度流線分布以及進(jìn)口管路軸截面速度流線分布與關(guān)閥啟動過程中的分布趨勢有差異。隨著啟動過程中轉(zhuǎn)速的增加,這個差異逐漸縮小,同一時刻,關(guān)閥啟動過程內(nèi)部瞬態(tài)流場的發(fā)展總體上滯后于關(guān)死點處穩(wěn)態(tài)過程內(nèi)部流場。
在啟動過程初期穩(wěn)態(tài)計算的軸向力與瞬態(tài)過程的軸向力大小接近,啟動過程中后期隨著轉(zhuǎn)速的上升穩(wěn)態(tài)計算的軸向力明顯小于瞬態(tài)計算的軸向力且隨著轉(zhuǎn)速的上升,這個差值逐漸增加;關(guān)閥啟動瞬態(tài)過程的末期軸向力存在一個明顯的沖擊峰值。
1、水泵廠總結(jié)了超低比轉(zhuǎn)速離心泵的研究現(xiàn)狀,基于加大流量法并參考相近比轉(zhuǎn)速的優(yōu)秀水力模型,對一臺超低比轉(zhuǎn)速離心泵進(jìn)行了水力設(shè)計。
2、基于CFD數(shù)值模擬技術(shù),對超低比轉(zhuǎn)速離心泵穩(wěn)定運行工況進(jìn)行三維非定常數(shù)值計算,得到了5個不同流量工況下的外特性,泵中間截面的靜壓,絕對速度和相對速度分布規(guī)律,作用在葉輪上徑向力和蝸殼各斷面的壓力脈動規(guī)律。外特性模擬值與實驗值對比結(jié)果表明:(1)模擬值略高于試驗值,但變化趨勢相同,設(shè)計流量處揚程的模擬值為77.68m,模擬值與試驗值的偏差為3.04%,其余工況最大偏差均小于5%;效率的計算值為38.04%,模擬值與試驗值的偏差為3.14%,其余工況最大偏差均小于5%。隨著流量的增加,作用在葉輪上的徑向力逐漸減小,徑向力脈動的主頻均為295Hz,次頻為590Hz,即1倍和2倍葉頻,徑向力大小和方向時刻都在變化,呈現(xiàn)六芒星型分布。蝸殼各斷面內(nèi)壓力脈動峰值的大小依次為:P4 3、搭建了適用于超低比轉(zhuǎn)速離心泵外特性測試及瞬態(tài)特性測試試驗臺,試驗獲得了管道泵的能量特性曲線、關(guān)死點處揚程-轉(zhuǎn)速曲線、空化特性曲線、關(guān)閥啟動過程瞬態(tài)揚程曲線、泵出口XYZ三向的瞬態(tài)振動特性時域圖、泵進(jìn)口X方向的瞬態(tài)振動特性時域圖和頻域圖。試驗結(jié)果表明:(1)模型泵設(shè)計點揚程為75.39m,效率為36.88%,NPSHr=1.9m,滿足設(shè)計要求。3種不同啟動加速度下模型泵關(guān)閥啟動過程電機(jī)轉(zhuǎn)速隨著時間呈線性增加趨勢,隨著啟動過程的結(jié)束,電機(jī)轉(zhuǎn)速均達(dá)到最大值。3種不同啟動加速度下,在加速過程的末期都出現(xiàn)了較為明顯的沖擊揚程和沖擊振動加速度峰值,并且隨著加速度的減小,沖擊揚程和振動加速度峰峰值也有所降低。泵進(jìn)口快速降壓過程和穩(wěn)態(tài)未空化過程相比,在4000Hz?6000Hz處出現(xiàn)了高頻的寬頻振動,模型泵進(jìn)口壓力快速降低過程會誘導(dǎo)空化發(fā)生的進(jìn)程,導(dǎo)致空化發(fā)生的零界點提前。 4、對模型泵在關(guān)死點工況進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)關(guān)閥啟動過程的CFD數(shù)值模擬。 結(jié)果表明:(1)隨著轉(zhuǎn)速的增加,模型泵關(guān)死點揚程逐漸增大;額定轉(zhuǎn)速處關(guān)死點揚程的模擬值為76.91m,水泵廠的試驗測得關(guān)死點揚程為74.02m,模擬值與試驗值的偏差為3.89%,其余工況最大偏差均小于5%。(2)3種不同啟動加速度下啟動過程的末期均出現(xiàn)一個沖擊揚程,隨著啟動加速度的增大,這個沖擊揚程也逐漸增大,啟動完成時的瞬態(tài)揚程分別比穩(wěn)態(tài)揚程高出8.32%、6.13%、4.19%。瞬態(tài)沖擊揚程模擬值與試驗值的偏差分別為4.07%、2.95%、2.04%,沖擊揚程偏差均在5%以內(nèi)。(3)同一時刻,穩(wěn)態(tài)過程泵中間截面的靜壓分布、絕對速度流線分布和相對速度流線分布以及進(jìn)口管路軸截面速度流線分布與關(guān)閥啟動過程中的分布趨勢有差異,隨著啟動過程中轉(zhuǎn)速的增加,這個差異逐漸縮小,同一時刻,關(guān)閥啟動過程內(nèi)部瞬態(tài)流場的發(fā)展總體上滯后于關(guān)死點處穩(wěn)態(tài)過程內(nèi)部流場,關(guān)閥啟動瞬態(tài)過程的末期軸向力存在一個明顯的沖擊峰值。
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