誘導輪葉片泵入口回流對性能的影響
發布時間：2021-08-16 10:26:15 發布人：泵
為了提高葉片泵抗汽蝕性能，降低相對流速，一般采用加大葉輪入口直徑設計，這樣也提高了汽蝕比轉數（Nss）和入口回流系數（SRF），當入口回流系數達到一定數值時，會導致高吸入能量泵的葉片損壞，同時也降低葉片泵在部分流量下工作的性能。對某高性能誘導輪葉片泵入口回流進行了數值模擬研究，提出了入口回流抑制方法并做出優化設計，提升葉片泵在部分流量工作時的性能。
關鍵詞：葉片泵；汽蝕性能；入口回流系數；回流穩定器
抗汽蝕性能是葉片泵性能的一個重要方面，決定了泵的工作穩定性和工作區間。為了提高葉片泵的抗汽蝕性能，一般采用雙吸入口葉輪或者加大葉輪入口設計方法，主要目的是降低葉輪入口處的相對流速，減少低壓區，從而提高汽蝕性能，而加大葉輪入口設計又可能帶來一些其它弊端。
例如：提高了葉片入口外緣的圓周速度，當泵在部分流量下（低于高效率點流量）運行時，會導致葉輪入口區域的流體與葉片分離并形成循環渦流，這便是入口回流。對于高轉速高能量密度泵，這些渦流會在葉輪上產生很大的力，同時引起振動或損壞。
葉片泵入口回流及回流穩定器結構
表征入口回流強度的特征值定義為SRF（Suction Recirculation Factor），其計算公式是：
其中：Nss為葉片泵汽蝕比轉數（gpm, rpm, ft）
U1為葉片入口圓周速度，單位（ft/s）
S.G.為介質比重
以上表明：對于高吸入能量泵，也就是高汽蝕比轉數，大流量高轉速，高介質密度會增加入口回流系數（SRF），入口回流引起泵振動或損壞的可能性更大。文獻[1]給出了具體數值區間。
在葉片泵吸入端增加入口回流穩定器可以減少葉片入口回流、減輕紊亂渦流，捋順葉片入口流線，抑制回流。從而起到既提高泵抗汽蝕性能，又提高泵工作強度穩定性，延長泵的無故障工作時間（MTBF）。
示出了回流穩定器結構，在葉輪前部外徑外側設置回流通道，將葉輪入口外側回流導回入口遠端。序號1為回流穩定器，離心輪前的誘導輪。
計算結果及分析
1.效率、揚程、回流量對比分析
從以上計算數據可以得出：有回流穩定器的模型，隨著泵流量的減小，通過回流穩定器側壁的流量增加，穩定了入口流量。回流穩定器對入口回流導流有效。優化設計后，將誘導輪前緣圓弧段伸入到回流穩定器中，提升了泵在部分流量工作時的誘導輪揚程和效率。
2.流線圖對比分析
中流場入口均在左側，從以上流線圖中可以得出：沒有加回流穩定器的模型（a）在100%額定流量時入口側壁產生了回流區，在60%額定流量時，回流區擴大，在30%額定流量時，回流區充滿入口管道，擠占了葉片入口來流。設置入口回流穩定器（原設計）模型（b）在全部30%-100%流量范圍內葉輪入口均為平行來流，回流均通過回流通道流動，改善了葉片入口流場分布。但是在葉輪遠端，在部分流量時，回流會擠占入口流道，但這對葉輪入口附近了流場影響不大。
在部分流量時，模型（b）在回流通道內靠近葉輪側產生渦流，將誘導輪前緣圓弧段伸入到回流穩定器中后，渦流消失，但此渦流對葉輪入口的流場影響不大。
3.汽蝕初生時的汽泡分布狀態對比分析
從以上汽蝕汽泡的分布圖可以得出結論：增加回流穩定器明顯減少了汽蝕初生時汽泡分布區域，顯著改善了葉片泵的汽蝕性能，特別體現在30%流量時。
將誘導輪前緣圓弧段伸入到回流穩定器中，在30%流量時的汽泡分布區域對比模型（b），汽泡區域有所減少，略微改善了小流量時的汽蝕性能。
葉片泵入口加回流穩定器有效改善了葉片入口區域的流動狀態，抑制了回流分布區域，減輕了入口渦流，顯著改善了葉片泵在部分流量下的汽蝕性能，對部分流量下的泵揚程和效率有所提升，將誘導輪前緣圓弧段伸入到回流穩定器中后，取得更略微優化的效果。這些效果對于加大葉輪入口設計方案的高吸入能量泵很有益，會減輕振動或損壞，建議高吸入比轉數葉片泵前加回流穩定器。
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