当前位置：文档之家 › 诱导轮旋转空化-诱发不稳定现象的研究与进展

诱导轮旋转空化-诱发不稳定现象的研究与进展

  • 格式：pdf
  • 大小：411.16 KB
  • 文档页数：6
败“， 】 通过飞行 数据与计算结果对 比、发动机残骸 微观分析和地面试验等研究认为 ：Ｌ ７ Ｅ一 发动机液
诱导轮的基本设计任务是保证抽吸性能 ， 以避 免主泵叶轮发生空化。但是 ， 诱导轮内部常会 出现
各种空化现象 ， 其诱发的流场脉动和转子振动会严
重影响液体火箭发动机的性能、 稳定性和寿命。航 天界早在五、 六十年代就开始了空化问题 的研究 ， 但是近 十年来随着对涡轮泵性 能的要求越来越苛 刻， 诱导轮空化引发的不稳定问题已十分突出。 甚 至带来 了灾难性 的后果 ， 以再一次受到了世界各 所 航天大国的高度重视。 美 国加州理 工大学 Ｂｅｎｎ ｒ ｅ 教授 根据 长期研 ｎ
近 ｏ
并将其作为新一代上面级 Ｖｎｉ ｉ 发动机涡轮泵的重 ｃ
要 考 核指标 。
在美 国 ６００磅推力的 Ｆ ｓａ 火箭发动机高 ００ ａｒ ｔｃ 速液氧涡轮泵的研制中 ， 发现了由于诱导轮旋转空 化而产生的复杂非定常流动和转子振动 。 １ 图 、图 ２
分别显示了在模型水力试验和涡轮组合件热试后
究， 提出涡轮泵中非定常流动现象可以分成以下三 类［： ２ 全局流动脉动（ 】 包括旋转空化 、 振荡和非定常
氢涡轮泵诱导轮发生旋转空化 ， 其诱发的脉动与泵
前 导流叶片固有频率发生共振使叶片疲劳断裂 ， 导 致转子失衡及摩擦 ， 并最终致使发动机停机是发射
失败的根本原因。 Ａ Ｄ Ｎ Ｓ Ａ根据此次教训， 及时采取 针对措施改进 了正在研制 的 Ｌ ７ Ｅ一 Ａ发 动机 涡轮
盯 一空化数
口 叶片进 口角 ， 一
图 １ 水试 后破 坏 的诱 导 轮
将 以上 分析应 用于 Ｋ ｍｊ ａｉ ｏ在 １７ ９７年做过 的 Ｌ ７ Ｅ一 发动机液氧涡轮泵诱 导轮实 验 ，Ｍ 和 的 取值参考 Ｂｅｎｎ ｒ ｅ 等人的结果 ， 到旋转空化等值 ｎ 得 线图 。 可看 出 ｋ ＝１１ １４ 与实验 的 １１ 很 接 ． ． ， ．６
诱导轮 旋转空化
不稳定
综述
１ 引 言
在航天发射市场的驱动下 ， 要求运载火箭具备 更大的载荷能力和更低的发射成本 ， 因此推动 了诱
导轮技术的发展 。诱导轮具有小轮毂 比、 小载荷、 高稠度 、 小冲角等特点 ， 使液体绕流叶片型面时降 压较小 ， 因此诱导轮能在低进 口压力下工作而出口
子振动会严重影响液体 火箭发动机的性 能、 稳定性和寿命 。 引起世界航天大国的高度重视 。 本文综述 国外通过理论分析 、
数值模拟和实验研 究的方法针对各种模式旋转空化的特征开展的研究工作现状 ， 并简要介绍成功用于抑制火箭发 动机诱 导 轮中这种现象的技术。
关键词 ： 液体火箭发动机
涡轮泵
发转子动载荷 ， 中旋转空化是最常见的现象并具 其 有较大危害。与压缩机中的旋转失速相似 ， 空化体 按转动方向以超 同步或同步转速在 叶片间传播 ， 也 可能按转动逆方 向以亚同步转速传播。
２ 研 究背景
Ｐ Ｗ 公司为 Ｎ Ｓ ＆ Ａ Ａ研发航 天飞机 主发动机
压力无明显下降 ， 它使泵机组具有很高的抗空化性 能 ［， 以在航空航天、 １所 】 化工、 水利等行业上获得
且会引起加速度计等动态传感器信号失真而产生振 动特征测量不准确等 ， 这些对于发动机系统的正常
工作和准确监控都会带来十分严重的危害。
同时还得到了向前和向后两种旋转空化模式 以及它 们的高阶模式 ， 与实验结果相符［ 。 １
３２ 数值模拟 ．
１９ ９７年 。 ｔ ａｅ Ｗａ ｎｂ 等人在 以上模 型基础上进 ａ
一
步开展了三维和可压缩流的理论分析 ， 结果基本
液氧泵诱导轮叶片前缘的变形破坏 。 】
大量事实表 明， 各国在大 、中型高性能液体火 箭发动机研制中几乎都遇到了诱导轮旋转空化诱发
支持 了以上结论 。最近 ， ｔ ａｅ Ｗａ ｎｂ 等人对有限螺距 ａ
维普资讯
２０ 年第 ２ ０６ 期
小 杀档 木
诱导轮旋转空化 一 诱发不稳定现象 的研究与进展
陈 晖 张恩昭 李 斌
（ 陕西动力机械设计研究所 ， 西安； １ １０ ７ ００ ）
摘要 ： 在大型先进火箭发动机 的研制过程 中都遇见了推进剂供应泵诱导轮中发生旋转空化。 其诱发的流场脉动和转
泵。
欧洲阿里安 ５的火神发动机液氢涡轮泵诱导轮
超空化等） 局部流动脉动 （ 、 叶片颤振等） 和流体诱
ｅ“ 空化” ～词 原文为“ａｉｔｎ ， Ｃｖａｏ” 水泵行业名词术语标准定为 ｔｉ
“ 汽蚀 ” 本文接著者原定名 ， 。 不予更改。 ——编者注
中也发生了旋转空化 ，使转子承受较大的不平衡径
向载荷 ， 导致轴 承磨损过大 ｂ。在欧洲空间局的支 】
持下 ， 法国、 意大利和德 国等合作围绕旋转空化引 起 的转子动力学问题开展了大量实验和 Ｃ Ｄ研究 ， Ｆ
维普资讯
・
２・
， 番 柱 木 ３ ．
２０ 年第 ２ ０６ 期
图 ２ 液 氧泵诱导论前缘的轻微变形
了广 泛 的应 用 。
（Ｓ Ｅ ＳＭ ）的改进型高压液氧涡轮泵 ， 在研制初期的
涡 轮泵组合件 热试中遇到 了较严重 的超 同步振动
（ 转速频率的 １４ ） 不仅磨损了诱导轮叶片和密 ．倍 ， 封装置， 而且导致试验件提前关机 ｂ。故障诊断表 】
明， 旋转空化是激发超同步响应的主要因素。 １９ ９９年 ｌ 日本 Ｈ一Ⅱ １月 火箭 第 ８次发射 失
和有限弦长叶栅中的旋转空化进行 了理论研究 ， 分
析中同时采用奇点法和闭式空化模型 ， 允许空化体
的振动现象 ， 它不仅使诱导轮、 向器、 导 轴承和密
封等零部件产生损坏而直接导致涡轮泵的失效 。 而
长度 自由波动。研究结果认为旋转空化依赖于 ／
２ 或空化体长度 ， 而不是单独的空化数和冲角值 ，

合集下载

《水泵技术》二00六年总目次

《水泵技术》二00六年总目次

射流 泵流场 三维数值 模拟 …………………………于凤荣等 （ ２ ） ６— １
应
用
液 化天然气 （Ｎ ） Ｌ Ｇ 输送泵 的特 点与应用 …………张翼 飞等 （ — ８ ６ ３） 运 行
双 流道污水泵叶轮绘型探 析………………………齐学义等 （ — ５ ４ １）
模糊 数学综合评价法在泵 中的应 用………………杨小林等 （ — ９ ４ １）
供暖 系统循环水泵选型初探 ………………－ ……杨在山等 （ — ５ ． ． ３ ３）
离心杂质泵中汽蚀 现象初 探……………… ……………李龙华 （ — ） ６ ８
维普资讯
・
４ ・ ８
小 器 柱 采
２０ 年第 ６ ０６ 期
《 水泵技术》 二Ｏ０六年总目次
综 述
轴流泵叶轮数字化建模与仿真………… …………杨昌明等 （ — ８ １ １） 颗粒浓度对双流道污水泵 叶轮流场影响的数值
模拟…………………………………… …………程效 锐等 （ — １ １ ２）
大型排灌泵机组耐久性分析…………………………曹海红等 【 ６—１ ）
矿井 中央泵房 自动化 系统设计 ……………………谭国俊等 （ — ４ １ ３） 油 田注水泵站简化模 型的研 究……………………程为彬等 （ — ４ ２ ３） 空词 工程水泵运行特性及 电动机选 型方 法…………刘家春 （ ４ ） ４— １
新 方法……………………………………………葛 强 等（ ２ ） ４— ９
闭式旋涡泵性 能试 验研究及水力设计……………沙
毅等 （ 一ｌ） ２ ５
迷宫螺旋泵螺旋槽 的实验研究……………… ……王春林等 （ 一 ８ ２ ｌ）
超 低 比速 圆盘泵 的实验研 究………………………王者文等 （ — １ ２ ２）
诱导轮对离心泵空化性能影响的研究的开题报告

诱导轮对离心泵空化性能影响的研究的开题报告

诱导轮对离心泵空化性能影响的研究的开题报告题目：诱导轮对离心泵空化性能影响的研究一、研究背景和意义离心泵作为常见的流体输送设备，在工业生产、民用生活等领域得到广泛应用。

离心泵的工作性能与空化现象密切相关，因此研究离心泵的空化性能对于提升其工作效率和可靠性具有重要意义。

目前已有很多研究关于离心泵空化性能的影响因素，诱导轮是其中一个重要因素。

诱导轮通过引导前池流动，改变其流向和切向动量，进而影响离心泵的空化性能。

但是，已有研究成果存在不足，如：研究的泵型和诱导轮的结构不够丰富、研究方法不够全面、研究结论缺乏定量分析等。

因此，开展对离心泵诱导轮对其空化性能影响的研究，能够对于优化离心泵的设计和使用提供科学依据，具有重要的现实意义和应用前景。

二、研究内容和方法1. 研究内容本研究将以某型号的离心泵为研究对象，以不同结构的诱导轮为研究变量，通过实验研究诱导轮对离心泵空化性能的影响。

具体研究内容如下：(1) 对离心泵进行基本参数测试，包括流量、扬程、效率等；(2) 制作不同结构的诱导轮，设计三种不同的诱导轮结构；(3) 进行离心泵与不同诱导轮的组合实验，记录离心泵的运行参数和泵腔内的气液两相状态；(4) 分析不同结构诱导轮对离心泵空化性能的影响机理、定量评估不同结构诱导轮的改善效果。

2. 研究方法本研究将采用实验研究和数值模拟相结合的方法，具体研究方法如下：(1) 采用旋转式阻抗测试仪对离心泵进行基本参数测试，获得离心泵工作点；(2) 采用三维数值模拟软件（如Fluent等）建立离心泵模型，并通过改变诱导轮结构进行模拟分析；(3) 将模拟结果与实验数据进行对比，并对不同结构诱导轮的改善效果定量评估。

三、预期成果本研究将得到离心泵与不同结构诱导轮组合后的空化现象及其影响机理，为离心泵的设计和使用提供科学依据，彰显离心泵的优越性和应用前景。

同时，研究结果将有望得到广泛的应用和推广，促进离心泵在各个领域的发展和应用。

诱导轮叶片缝隙引流对高速离心泵内部空化流动的影响研究

诱导轮叶片缝隙引流对高速离心泵内部空化流动的影响研究

诱导轮叶片缝隙引流对高速离心泵内部空化流动的影响研究诱导轮叶片缝隙引流对高速离心泵内部空化流动的影响研究引言高速离心泵是一种常用的流体传输装置，广泛应用于供水、排水、石油化工、冶金、能源等领域。

在高速工况下，泵流动中存在空化现象，即在瞬时的低压区域形成气泡，对泵的安全运行和性能产生负面影响。

为了解决这一问题，近年来研究者提出了诱导轮叶片缝隙引流的方法，本文旨在研究这种方法对高速离心泵内部空化流动的影响。

1. 空化现象的产生机理空化现象主要由于液体在高速离心泵内部的压力降低，使得液体达到沸点，从而形成气泡。

这些气泡在流动中会破裂或聚集形成气腔，增加泵内的涡流、振荡和噪声等不稳定因素，进而影响泵的性能和稳定性。

2. 诱导轮叶片缝隙引流原理诱导轮叶片缝隙引流是通过在离心泵诱导轮的叶片上增加一定大小的缝隙，利用缝隙带动流体形成旋转流动，从而改善泵内部空化现象。

当液体经过诱导轮叶片缝隙时，由于缝隙的存在，液体速度加快，压力降低，从而减少了空化现象的产生。

3. 实验设备及方法在实验中采用了一台高速离心泵，并在泵的进口和出口处分别安装了压力传感器，以监测泵内的压力变化。

在泵的转轴端安装了诱导轮，诱导轮的叶片上设置了缝隙，其大小和数量可以调节。

通过改变诱导轮叶片缝隙的参数，如大小和数量，可以研究诱导轮叶片缝隙对泵内空化现象的影响。

4. 实验结果及分析通过实验观察，发现诱导轮叶片缝隙引流可以明显减少泵内的空化现象。

当缝隙大小适中时，液体在经过诱导轮叶片缝隙时加速并形成旋转流动，从而降低了液体的压力，减少了空化的产生。

然而，当缝隙过大时，虽然能够有效引流，但也会增加对泵的阻力，从而影响泵的效率。

5. 影响因素探讨除了诱导轮叶片缝隙的大小，其数量也对泵内空化现象产生影响。

实验结果显示，增加诱导轮叶片缝隙的数量可以进一步提高引流效果。

另外，流体的粘度、压力、温度等参数也会对诱导轮叶片缝隙引流的效果产生影响。

6. 结论诱导轮叶片缝隙引流是一种有效的减少高速离心泵内部空化现象的方法。

提高液体火箭发动机诱导轮汽蚀性能的研究

提高液体火箭发动机诱导轮汽蚀性能的研究

提高液体火箭发动机诱导轮汽蚀性能的研究唐飞;李家文;李永;周成【摘要】诱导轮叶型的设计应尽可能减少静压降,并保证叶片的负荷分布均匀,减轻叶片的汽蚀破坏.利用CFD技术分析了阶梯壳体和叶片打孔对诱导轮叶片负荷的影响,计算结果表明这些措施都可以降低叶片前缘的负荷.相比较于叶片打孔,阶梯壳体更加有助于降低叶片前缘的负荷,在一定程度上提高诱导轮汽蚀性能.最后,通过基于混合模型的汽蚀计算验证了上述结论的正确性.【期刊名称】《火箭推进》【年(卷),期】2013(039)003【总页数】7页(P44-49,57)【关键词】诱导轮;叶片负荷;壳体开槽;叶片打孔;汽蚀性能【作者】唐飞;李家文;李永;周成【作者单位】北京控制工程研究所,北京100190;北京航空航天大学宇航学院,北京100191;北京控制工程研究所,北京100190;北京控制工程研究所,北京100190【正文语种】中文【中图分类】V434+.20 引言高速诱导轮是现代液体火箭发动机中提高涡轮泵性能的关键部件，它的基本设计任务是保证抽吸性能，以避免主泵叶轮发生汽蚀。

但是，诱导轮内部常常会出现各种汽蚀现象，导致压力和流量急剧下降，影响发动机的正常工作。

同时，由汽蚀所诱发的流场脉动和转子振动会严重影响液体火箭发动机的性能、稳定性和寿命。

美国P&W公司为NASA研发航天飞机主发动机（SSME）的改进型高压液氧涡轮泵，在研制初期的涡轮泵组合件热试过程中，遇到了较严重的超同步振动，不仅磨损了诱导轮叶片和密封装置，而且导致试验件提前关机。

故障诊断表明，汽蚀是激发超同步响应的主要因素[1]。

1999 年日本H-Ⅱ火箭第八次发射失败，通过飞行数据与计算结果对比、发动机残骸微观分析和地面试验等研究认为：LE-7发动机液氧涡轮泵诱导轮出现汽蚀，其诱发的脉动与泵前的导流叶片固有频率发生共振使得叶片出现断裂，并使发动机停机最终导致发射失败[2]。

欧洲阿里安Ⅴ的火神发动机液氢涡轮泵诱导轮中也发生了汽蚀，使转子承受较大的不平衡径向载荷，导致轴承磨损过大。