煤矿机械Coal Mine Machinery Vol.39No.11 Nov.2018
第39卷第11期
2018年11月
doi:10.13436/j.mkjx.201811006
0前言
节段式多级泵以其高扬程、高效率的特点广泛应用于煤矿井下排水、水利、石油输送和农业灌溉等领域，但在其运转过程中，由于叶轮同向排列的特点，转子上作用着很大的轴向力，因此关于多级泵轴向力的准确计算显得至关重要。现有的轴向力计算方法有试验测量、经验公式计算和CFD数值模拟，但试验测量耗时费力且费用较高。目前，国内外很多专家对离心泵轴向力的计算进行了研究，对离心泵轴向力计算采用数值模拟与试验相结合的方法颇多，验证了基于CFD计算轴向力的准确性，但对于采用传统经验公式计算轴向力的研究偏少。
文中以DG155-67×5型多级离心泵为研究对象，不考虑平衡盘轴向间隙的变化，采用传统经验公式计算叶轮产生的轴向力，以及数值模拟方法预测得到不同工况下的轴向力，找到轴向力随工况变化的分布规律，并比较模拟值和理论计算值，分析其相对误差，验证采用经验公式计算轴向力的准确性。1轴向力的经验计算
1.1理论假设
泵在运转过程中，其腔体内的实际流动十分复杂，为了研究方便，通常做如下假设：①叶轮前后盖板两侧液体无泄漏流动，并以盖板角速度的1/2旋转；
②盖板两侧的液体压力沿径向按抛物线规律分布；
③认为叶轮密封环以上作用在叶轮前后盖板上的压力互相抵消。
1.2轴向力的产生
在通常的研究过程中，一般认为多级泵轴向力的产生一般有下列几个原因:
（1）盖板力F1
如图1所示，由于叶轮前、后盖板不对称，前盖板在吸入口前部分没有盖板，叶轮前、后盖板像轮盘一样带动前后腔内的液体旋转，盖板侧腔内液体压力按抛物线规律分布，通过数学推导可得此部分轴向力
节段式多级离心泵轴向力的计算与分析
赵万勇，虎兴娜，宋乾斌
（兰州理工大学能源与动力工程学院，兰州730050）
摘要：轴向力的准确计算是影响离心泵可靠性、安全性和稳定性的重要因素。以某节段式多级离心泵为研究对象，不考虑平衡盘轴向间隙的变化，首先采用传统的经验公式计算其轴向力，然后基于FLUENT软件，采用Realizableκ-ε湍流模型和二阶迎风格式算法，对该多级泵的内部流动进行全流场数值模拟,预测叶轮壁面所受的轴向力大小,得到其主要工况下的轴向力分布。比较泵主要工况下的理论值与模拟值，发现轴向力在小流量工况下相差较大，在设计工况下模拟值与理论值基本吻合，最大误差为5.9%。数值模拟的方法验证了用经验公式计算轴向力的准确性，研究结论为离心泵轴向力计算提供了新的思路和方法。
关键词：节段式多级泵；经验公式；轴向力；水力性能；数值模拟
中图分类号：TH311文献标志码：A文章编号：1003-0794（2018）11-0015-03
Calculation and Analysis of Axial Force of Segment Multi-stage
Centrifugal Pump
Zhao Wanyong，Hu Xingna，Song Qianbin
(College of Energy and Power Engineering,Lanzhou University of Technology,Lanzhou730050) Abstract:Axial force are important factors that impact the centrifugal pump reliability、safety and stability.Taking a section of multistage pump as the research object,the change of axial clearance of the balance disk is not considered，firstly，traditional theoretical calculation method was used to obtain the axial force of the pump,then based on FLUENT software,Realizableκ-εturbulent model and second order algorithm were used to perform numerical simulation for the whole flow field of centrifugal pump.Then compared the numerical results and theoretical results,the axial force at small flow condition have a big difference.At the rated condition,the axial force are basically consistent with theoretical values and the maximum error is 5.9%.The numerical simulation method verified the accuracy of the axial force of the multi-stage centrifugal pump by the empirical formula.The research can provide new ideas and methods for calculating axial force of centrifugal pump.
Key words:segment multi-stage centrifugal pump;empirical formula;axial force;hydraulic performance;
numerical simulation
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万方数据