離心泵平衡孔泄漏特性研究.pdf

1、為平衡軸向力，在葉輪后蓋板下部開設平衡孔廣泛應用于離心泵的結構設計中。平衡孔連通了平衡腔與吸入側，使平衡腔的液體壓力降低，減小了作用在后蓋板上的壓力，從而消除或降低了軸向力。但由于液體從平衡腔流回吸入側，產生了平衡孔的泄漏量，改變了離心泵內部流場，造成了容積損失，降低了離心泵的效率，甚至對泵的整機性能也帶來一定影響。因此，對開設平衡孔離心泵內液體泄漏量的準確測量和計算尤為重要。而由于對離心泵內部流場理論研究不完善，測量泄漏量的實驗手段實

2、施困難，準確測量和計算離心泵內液體泄漏量已成為行業(yè)難題。本文采用理論分析，實驗測量，數(shù)值模擬的方法，對離心泵內部流場結構、泄漏量特性進行了研究，并提出了離心泵內液體泄漏量的計算方法，對工程實踐起到了一定的參考作用和實用價值。
　　本研究主要內容包括：⑴引入了無量綱參數(shù)，得到了后泵腔不同軸向位置的徑向速度分布，分析了各泵腔軸向間隙值對后泵腔液體徑向流動的影響。結果表明：后泵腔軸向間隙s=10mm時，外流區(qū)和壁面邊界層液體厚度約為后泵

3、腔間隙值的20%，隨軸向間隙的增大，兩個區(qū)域液體厚度在不斷增大，s=8mm，s=4mm時，分別約為軸向間隙值的30%，50%，相應的湍流核心區(qū)的厚度在減小。當s=1mm時，湍流核心區(qū)厚度極小，不同軸向位置的徑向速度差別較大，此時徑向速度沿軸向的梯度最大。⑵采用RNG k-ε湍流模型，對后泵腔間隙分別為1、4、8、12、16、20mm的全流道模型進行數(shù)值模擬，分析了不同間隙值下，平衡腔液體壓力的分布規(guī)律和泄漏量的變化情況.結果表明：后泵腔

4、軸向間隙增大，平衡孔進口處平面和悶蓋壁面壓力隨之升高，這個變化在軸向間隙為4mm~16mm時較為明顯；同一工況下的平衡孔泄漏量隨后泵腔間隙值的增大而上升，對于同一泵腔間隙，平衡孔泄漏量隨流量的增大而較小。⑶推導了與泵腔阻力系數(shù)、密封環(huán)阻力系數(shù)和平衡孔阻力系數(shù)相關的速度系數(shù)與隙徑比的關系曲線和泄漏量計算公式，由關系曲線可知隨隙徑比的增大，全流道速度系數(shù)也在增大。全流道速度系數(shù)與隙徑比的關系曲線和泄漏量計算公式可用于試驗中對速度系數(shù)進行預估

5、和泄漏量的求解，關系曲線可以預估隙徑比在0.006~0.127的全流道速度系數(shù)，再與泄漏量計算公式聯(lián)合，可求得不同泵腔軸向間隙的泵腔流道液體泄漏量。⑷利用量綱分析方法，建立了平衡孔泄漏量的表達式，并通過對IS80-50-315型離心泵的數(shù)值模擬，獲得了在葉輪不同轉速工況下平衡孔泄漏量表達式坐標點，并利用origin軟件對坐標點進行多項式擬合，建立平衡孔泄漏量的函數(shù)關系。結果表明：葉輪的旋轉阻礙了液體從平衡腔流回離心泵的吸入側，且轉速越快

6、，泄漏液體的阻力越大，平衡孔的泄漏量越小。⑸利用浮動葉輪試驗臺開展了泵腔流道泄漏量實驗，主要通過泄漏量測試裝置來研究不同平衡孔的泄漏量特性。在密封環(huán)半徑為89mm、長度為15mm以及同一葉輪的不同直徑的平衡孔條件下，對后泵腔間隙為6mm的泵腔流道的液體壓力和泄漏量進行了測試，間接的得到了不同平衡直徑的泵腔內液體泄漏量特性。⑹由量綱分析方法和數(shù)值模擬方法的聯(lián)合運用所得到的平衡孔泄漏量函數(shù)，對實驗方法測得的泵腔流道泄漏量進行了修正，提出了平