多级泵流体流动到有高差的地方,或在流动中有压力降低的地方,有可利用的能量。由于离心水泵可反转用作水轮机,而且在双向运行条件下,最高效率基本相同。由于水泵具有上述优点,并且水泵经济性能良好,那么在有可利用能量的场合,是不是可以用水泵反转去回收在利用这些能量是一个值得研究的课题。因此本文旨在探索离心水泵反转的特性,寻找多级泵做透平运行的一般规律,研究改善多级泵透平运行的一般方法。
本文根据实际化工过程系统提供的流量,转速,压差,汽蚀余量等参数,介绍了本泵所采用的设计方法和用到的经验公式。在具体水力设计中采用自主开发的水泵CAD软件进行模型辅助设计,在通过数值模拟对模型进行优化修正,最终确定具有较高效率的多级泵模型,并使用三维造型软件对其各部件进行三维造型。
运用star-cd对该泵逆工况即水轮机工况的各个部件及整体的内部流场分别进行数值模拟。研究不同工况下,多级泵内部流场压力、速度分布规律,找出多级泵反转时影响其效率的主要因素,寻找其一般规律,并提出修改意见。
工作机工况时,对多级泵各个部件及整体的内部流场进行数值模拟。绘制该泵的扬程和效率曲线。分析在相同的工况下,多级泵做原动机和工作机时其流场变化,损失大小。探索多级泵透平运行时的一般流动规律。
泵在工业生产领域应用广泛,同时也是消耗能源的主要设备,多级泵是泵中最重要的一类型,其性能优劣对企业成产效益产生直接影响。在工业生产用的多级泵中,空蚀特性是考核其综合性能的重要指标。改善多级泵进口的空蚀性能,对安全运行、节能、提高企业经济效益,十分有意义。为提高其空化性能,并保证良好的效率,本文对节段式多级泵首级叶轮进水方式水力特性进行了研究。
首先,详细介绍了叶轮的水力设计方法,在具体水力设计中采用自主开发的水泵CAD软件进行模型设计,并优化修正,得到最优化设计下的单吸和双吸叶轮,使用三维造型软件对其叶轮流道进行三维实体造型。
其次,针对商用CFD软件对数值模拟理论及操作过程进行介绍,对本课题所研究的叶轮流道数值模拟的网格划分、计算方法、边界条件作了详细分析与研究。然后,分别对优化设计获得的单吸离心叶轮和双吸离心叶轮的内部流场进行了数值计算和分析,研究不同流量工况下,内部压力、速度分布规律。对优化后单吸和双吸离心叶轮的内部流场对比分析,还分别从内部流场结构及外特性两方面对叶轮性能进行了分析,得出叶轮内部流场的分布规律,分析空蚀发生的状况和原因,绘制出外性能曲线,得出此型号多级泵的首级双吸式设计较单吸式改善了进口抗汽蚀相对量化结果,提升了泵的性能,扬程和效率曲线变化平稳,由此以流场模拟的CFD技术验证了改进前后的变化,双吸式首级叶轮设计方法的可行性,为优化泵的设计提供了一些参考依据。
随后,介绍了常见吸水室类型及其特点,对本文首级吸水室要求进行了探讨。对比改造前节段首级单吸多级泵模型图,绘制出改造后的节段首级双吸式多级泵的模型图。
最后,针对实际造型设计的困难,并结合作者在数值模拟中的体会,对研究结果进行了总结,并提出了展望。