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關(guān)于離心泵的介紹

　　中低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵作為工程中液體輸送的主要機械部件，具有流量小、揚程高等特點。隨著工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，擴大離心泵的穩(wěn)定運行范圍成為亟待解決的工業(yè)問題。離心泵在設(shè)計流量下運行時流動狀態(tài)良好，在小流量下運行時，葉輪流道內(nèi)會發(fā)生嚴重的流動分離及堵塞，進而引發(fā)失速，失速團的非定常運動會破壞流場的均勻度以及穩(wěn)定性，失速引發(fā)的振動還可能與其他結(jié)構(gòu)部件發(fā)生共振。對于半開式離心泵而言，小流量時流態(tài)惡化與失速引發(fā)的運行不穩(wěn)定問題更為突出。由于葉頂間隙的存在，葉頂附近的低能流體在葉片壓力面與吸力面壓差的驅(qū)動下，透過間隙進入葉片相鄰流道形成泄漏渦。在近失速工況運行時，來流與泄漏渦相互作用所呈現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)非定常特性加劇了葉輪內(nèi)部的流動分離及堵塞等非定常脈動現(xiàn)象，是葉輪內(nèi)部失速發(fā)生的重要誘因。失速發(fā)生前非定常擾流-葉頂泄漏渦所呈現(xiàn)的非定常脈動特性可以作為預(yù)測失速發(fā)生的判據(jù)。因此，研究葉頂區(qū)域泄漏渦的流動結(jié)構(gòu)及其發(fā)展演變規(guī)律等非穩(wěn)態(tài)特性，對于控制失速及擴大離心泵的穩(wěn)定運行范圍具有重要意義。

　　關(guān)于葉頂泄漏渦流動特性的研究主要分為兩方面。一方面是葉頂間隙與離心葉輪流動特性之間的關(guān)系研究。研究表明，隨著葉頂間隙的減小，總揚程、功耗和水力效率均加大，葉輪內(nèi)流場分布紊亂，間隙層內(nèi)流場更平穩(wěn);而隨著葉頂間隙的加大，揚程流量曲線駝峰呈減弱趨勢，較大的葉頂間隙可以改善低比速數(shù)離心泵的駝峰現(xiàn)象]。另外，葉頂間隙對葉頂區(qū)域的壓力脈動也有顯著影響，受泄漏渦的影響，間隙進口處的流場紊亂，壓力脈動幅值較大，隨著間隙變大，葉頂區(qū)域的脈動幅值逐漸變大。葉頂間隙的均勻性對流場也有明顯影響，非均勻間隙會變大泄漏渦、二次流的不穩(wěn)定性。因此，設(shè)計合理的葉頂間隙尺寸、均勻度可以改善葉輪內(nèi)部流態(tài)，擴大穩(wěn)定工作范圍。另一方面是關(guān)于葉頂泄漏渦非定常演變機理的研究。研究發(fā)現(xiàn)，流道中部以后，間隙流擾亂了主流方向，并在葉頂吸力面附近形成渦流聚集區(qū)。在小流量工況運行時，葉頂間隙發(fā)生堵塞且葉尖處泄漏渦存在周期性擾動，這種周期性擾動被稱為旋轉(zhuǎn)失穩(wěn)，其時域特性表現(xiàn)為高頻信號，頻譜特性表現(xiàn)為寬帶峰。通過分析發(fā)現(xiàn)，這種旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定性是葉頂間隙泄漏渦與回流相互作用的結(jié)果。上述泄漏渦的非穩(wěn)態(tài)特性在氣力機械中研究較為深入，而針對半開式離心泵中葉頂泄漏渦的非定常演化機理的研究較少。且水的密度大、壓縮性小，在泵體中的流動速度遠小于氣力機械，這些水氣之間物性參數(shù)的差異，使得氣力機械相關(guān)泄漏渦非定常特性的研究無法直接應(yīng)用于半開式離心泵中。因此，半開式離心泵內(nèi)葉頂泄漏渦的時域非穩(wěn)態(tài)行為還有待深入研究。

　　本文基于半開式離心泵全流道非穩(wěn)態(tài)計算結(jié)果,對失速發(fā)生前葉頂泄漏渦流動結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性進行分析，并對比不同流量下泄漏渦結(jié)構(gòu)的演變過程。通過對葉頂泄漏渦非定常特性的研究，揭示泄漏渦的運動特性，為擴大半開式離心泵穩(wěn)定運行范圍以及改善葉輪內(nèi)部失速問題提供水力設(shè)計參考依據(jù)。

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