作者：耐酸泵 浏览量：3998次 日期：2021-9-1
为了提高叶片耐酸泵抗汽蚀性能，降低相对流速，一般采用加大叶轮入口直径设计，这样也提高了汽蚀比转数（Nss）和入口回流系数（SRF），当入口回流系数达到一定数值时，会导致高吸入能量耐酸泵的叶片损坏，同时也降低叶片耐酸泵在部分流量下工作的性能。对某高性能诱导轮叶片耐酸泵入口回流进行了数值模拟研究，提出了入口回流抑制方法并做出优化设计，提升叶片耐酸泵在部分流量工作时的性能。
关键词：叶片耐酸泵；汽蚀性能；入口回流系数；回流稳定器
抗汽蚀性能是叶片耐酸泵性能的一个重要方面，决定了耐酸泵的工作稳定性和工作区间。为了提高叶片耐酸泵的抗汽蚀性能，一般采用双吸入口叶轮或者加大叶轮入口设计方法，主要目的是降低叶轮入口处的相对流速，减少低压区，从而提高汽蚀性能，而加大叶轮入口设计又可能带来一些其它弊端。
例如：提高了叶片入口外缘的圆周速度，当耐酸泵在部分流量下（低于高效率点流量）运行时，会导致叶轮入口区域的流体与叶片分离并形成循环涡流，这便是入口回流。对于高转速高能量密度泵，这些涡流会在叶轮上产生很大的力，同时引起振动或损坏。
叶片耐酸泵入口回流及回流稳定器结构
表征入口回流强度的特征值定义为SRF（Suction Recirculation Factor），其计算公式是：
其中：Nss为叶片耐酸泵汽蚀比转数（gpm, rpm, ft）
U1为叶片入口圆周速度，单位（ft/s）
S.G.为介质比重
以上表明：对于高吸入能量耐酸泵，也就是高汽蚀比转数，大流量高转速，高介质密度会增加入口回流系数（SRF），入口回流引起耐酸泵振动或损坏的可能性更大。文献[1]给出了具体数值区间。
在叶片耐酸泵吸入端增加入口回流稳定器可以减少叶片入口回流、减轻紊乱涡流，捋顺叶片入口流线，抑制回流。从而起到既提高耐酸泵抗汽蚀性能，又提高耐酸泵工作强度稳定性，延长泵的无故障工作时间（MTBF）。
示出了回流稳定器结构，在叶轮前部外径外侧设置回流通道，将叶轮入口外侧回流导回入口远端。序号1为回流稳定器，离心轮前的诱导轮。
计算结果及分析
1.效率、扬程、回流量对比分析
从以上计算数据可以得出：有回流稳定器的模型，随着耐酸泵流量的减小，通过回流稳定器侧壁的流量增加，稳定了入口流量。回流稳定器对入口回流导流有效。优化设计后，将诱导轮前缘圆弧段伸入到回流稳定器中，提升了耐酸泵在部分流量工作时的诱导轮扬程和效率。
2.流线图对比分析
中流场入口均在左侧，从以上流线图中可以得出：没有加回流稳定器的模型（a）在100%额定流量时入口侧壁产生了回流区，在60%额定流量时，回流区扩大，在30%额定流量时，回流区充满入口管道，挤占了叶片入口来流。设置入口回流稳定器（原设计）模型 （b）在全部30%-100%流量范围内叶轮入口均为平行来流，回流均通过回流通道流动，改善了叶片入口流场分布。但是在叶轮远端，在部分流量时，回流会挤占入口流道，但这对叶轮入口附近了流场影响不大。
在部分流量时，模型（b）在回流通道内靠近叶轮侧产生涡流，将诱导轮前缘圆弧段伸入到回流稳定器中后，涡流消失，但此涡流对叶轮入口的流场影响不大。
3.汽蚀初生时的汽泡分布状态对比分析
从以上汽蚀汽泡的分布图可以得出结论：增加回流稳定器明显减少了汽蚀初生时汽泡分布区域，显著改善了叶片泵的汽蚀性能，特别体现在30%流量时。
将诱导轮前缘圆弧段伸入到回流稳定器中，在30%流量时的汽泡分布区域对比模型（b），汽泡区域有所减少，略微改善了小流量时的汽蚀性能。
叶片耐酸泵入口加回流稳定器有效改善了叶片入口区域的流动状态，抑制了回流分布区域，减轻了入口涡流，显著改善了叶片耐酸泵在部分流量下的汽蚀性能，对部分流量下的耐酸泵扬程和效率有所提升，将诱导轮前缘圆弧段伸入到回流稳定器中后，取得更略微优化的效果。这些效果对于加大叶轮入口设计方案的高吸入能量耐酸泵很有益，会减轻振动或损坏，建议高吸入比转数叶片耐酸泵前加回流稳定器。
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