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離心泵的分析

　　離心泵在運行過程中轉(zhuǎn)子會受到與轉(zhuǎn)軸方向平行的軸向力，要設(shè)法平衡軸向力，才能保證泵組安全穩(wěn)定運行。引起軸向力的主要因素有葉輪前、后蓋板外表面的壓差，扭曲葉片正背面以及整個葉輪內(nèi)表面受到的水壓力，對于立式泵，軸向力還包括轉(zhuǎn)子的質(zhì)量。為了平衡軸向力，常采用推力軸承、平衡孔或平衡管、副葉片、雙吸葉輪、對稱布置葉輪、平衡鼓及平衡盤等結(jié)構(gòu)，不少學(xué)者也一直在研究新的平衡措施。其中，副葉片由于兼?zhèn)浞墙佑|式密封作用而在挖泥泵等固液泵中應(yīng)用廣泛。側(cè)腔內(nèi)的間隙流動一直是軸向力研究中的關(guān)鍵問題。Adkins 等在試驗研究中發(fā)現(xiàn)，泄漏到葉輪兩側(cè)腔體中的流體施加在前、后蓋板上的軸向力是離心泵軸向力的重要來源，并且改變側(cè)腔型線及間隙流道結(jié)構(gòu)會顯著改變轉(zhuǎn)子的受力情況。不同的前蓋板形狀也會導(dǎo)致間隙流動軌跡不同進(jìn)而引起不同的葉輪受力特性。蓋板上隨葉輪旋轉(zhuǎn)的副葉片會改變側(cè)腔內(nèi)的流場特點，使流速增加而壓力降低，在起到動力密封作用的同時也起到了平衡軸向力的作用。從不可壓縮流動的基本方程出發(fā)，推導(dǎo)了一般情況下前、后蓋板的軸向力計算公式，同時對后蓋板上有副葉片時的軸向力計算公式也進(jìn)行了推導(dǎo)，為副葉片的設(shè)計提供了參考。在沒有副葉片時，側(cè)腔內(nèi)的流體一般被認(rèn)為以 ω/2 的角速度旋轉(zhuǎn)，而存在副葉片時，相關(guān)研究中則通常以斯捷潘諾夫提出的計算公式來估算這部分流體的旋轉(zhuǎn)角速度。在試驗測量了采用副葉片為平衡方式的離心泵軸向力后，發(fā)現(xiàn)理論計算結(jié)果與試驗結(jié)果差別較大，經(jīng)驗公式難以體現(xiàn)副葉片對側(cè)腔流場的影響。因此經(jīng)驗公式越來越難以滿足工程應(yīng)用的精度要求。隨著計算流體(computational fluiddynamics，CFD)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值模擬方法在離心泵軸向力研究中的應(yīng)用日益廣泛。均采用 CFD 技術(shù)對水泵軸向力進(jìn)行了數(shù)值模擬計算，得到了與試驗測量結(jié)果

　　相近的計算結(jié)果。通過數(shù)值模擬方法分別研究了副葉片的寬度、外徑等幾何參數(shù)以及彎曲形式等對離心泵軸向力的影響，對副葉片的設(shè)計提供了一定的參考。在研究中發(fā)現(xiàn)副葉片斷面與泵蓋間的間隙大小會影響軸向力的方向，認(rèn)為該間隙值是副葉片設(shè)計中的一個重要參數(shù)。目前已有的報道中，副葉片大多設(shè)計于后蓋板上，鮮有只在前蓋板上設(shè)計副葉片的情況，而前蓋板的副葉片端面與前泵蓋之間軸向距離的大小關(guān)系到前腔泄漏量的多少，同時對于前腔內(nèi)的流動結(jié)構(gòu)有一定影響，進(jìn)而對葉輪所受軸向力也有一定影響。本文將對一個前蓋板上有后彎式副葉片的離心式挖泥泵開展數(shù)值模擬研究，分析改變?nèi)~輪軸向位置時軸向力的變化規(guī)律及相關(guān)影響因素，以期為離心式挖泥泵的優(yōu)化設(shè)計提供參考。

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