半开式叶轮与导流器间隙对自吸泵性能的影响

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半开式叶轮与导流器间隙对自吸泵性能的影响刘建瑞。文海罡，高振军，郭展旭，王 鹏(江苏大学流体机械工程技术研究中心，江苏镇江212013)摘 要： 为分析射流式自吸离心泵的半开式叶轮与导流器前盖之间的间隙大小对其性能的影响，采用数值模拟的方法得到了4种不同间隙下射流式自吸离心泵水力性能、径向力变化规律、自吸过程泵内部气液两相分布及流动情况，结果表明：间隙大小对射流式 自吸离心泵水力性能影响明显，随着间隙增大，泵扬程和效率呈明显下降趋势，额定工况点间隙为0.5时的扬程和效率相对于间隙2mm时的扬程和效率分别下降14.43%、7.o7%；叶轮与导流器上径向力也随间隙增大而减小；叶轮含气率、导流器两个不对称出口及泵体出口的气相质量流率随间隙增大而降低.兼顾考虑水力性能、白吸性能及加工装配工艺，最终确定叶轮与导流器前盖的间隙为0.5mm.样机试验结果表明：在额定工况点扬程34.21m，效率55.29%，当自吸高度为5m时，自吸时间45s，达到设计要求。

关键词： 半开式叶轮；导流器；射流式自吸离心泵；数值模拟；水力性能；自吸性能中图分类： TH311 文献标识码： A doi：10.3969/J.issn.1005-0329.2013.03.002Performance Efect of the Clearance Between Semi-open Impe ller and Fluid Directorof Serf-primi ng PumpLIU Jian-rui，WEN Hai-gang，GAO Zheng-jun，GUO Chen-XU，WANG Peng(Research Center of Fluid Machinery Engineering and Technology，Jiangsu University，Zhenjiang 212013，China)Abstract： To analyze the performance efect which caused by the size of the clearance between the semi-open impeller and thefront shroud of fluid director on flow-ejecting self-priming centrifugal pump，numerical simulation was caried out and the changerule of hydraulic properties，radial force chan ge rule，gas-liquid two phase distribution and flow condition during the self-primingprocess of the pump at four diferent clearanceS size were obtained.The result show that the size of the clearance have signifi-cant efects on hydraulic properties，the head and eficiency of the pump significantly decrease along with the increasing of theclearances size.Under the rated condition，the head and eficiency drop by 14.43% ，7.07% separately when the clearanceSsize change from 0.5mm to 2.Omm.Th e radial force on the impeler and fluid director also decrease along with the clearanceSsize increasing.Th e air voids of the impeler and the gas phase flow rate of the asymmetrical exits of the difuser on the fluid direc-tor decrease along with the clearanceS size increasing，too.Considering hydraulic properties，pe rformance of self-priming，process-ing and assembly process，the clearanceS size Was confirm ed to be 0.5mm.The prototype test results show that the head is 34。

21m，eficiency is 55.29% under the rated condition.When the self-priming height is 5m，the self-priming time is 45s，meetingthe design requirements。

Key words： semi·open impeller；fluid director；flow-ejecting self-priming centrifugal pump；numerical simulation；hydraulicproperties；perform ance of self-priming1 前言射流式 自吸离心泵是在内混式 自吸离心泵的基础上发展而来，它在普通离心泵的进 口处增设- 个带文杜里管”的自循环射流器，泵运转时通过射流器的卷吸效应可加速泵进口管路气体抽吸，从而缩短自吸时间。本文研究的射流式 自吸离心泵采用创新导流器结构形式，同时泵体采收稿 日期： 2012-08-15 修稿日期： 2012-12-05基金项目： 国家863”高技术研究发展计划资助项目(2011AA100506)；农业科技成果转化资金项 目(2011GB2C100015)2013年第 41卷第 3期 流 体 机 械 7从图可以看出，随着间隙增大，在相同流量下，扬程呈明显下降趋势，小流量下降较小，大流量下降较大；流量为2m /h时间隙为0.5mm的扬程相对于间隙为 2.0ram时的扬程下降 14.11%，额定工况点间隙为0.5mm的扬程相对于间隙为2.0mm时的扬程下降 14.43%，流量为26m /h时间隙为0.5mm时的扬程相对于间隙为2.0mm时的扬程下降26.71%。

如图4所示为 0.5、1.0、1.5、2.Omm 4种间隙大小下的流量效率曲线。

704O10Q(m /h)图4 效率 -流量曲线从图可以看出，间隙对效率的影响与其对扬程影响趋势-致，小流量下降较小，大流量下降较大；流量为 2m /h时间隙为0.5mm的效率相对于间隙为2.0ram时的效率下降 1.46%，额定工况点间隙为0.5mm的效率相对于间隙为2.0mm时的效率下降7.07%，流量为26m /h时间隙为0.5mm时的效率相对于间隙为 2.0ram时的效率下降 l0.41%。

3.3 泵径 向力的分析图5、6所示分别为0.5、1.0、1.5、2.0ram4种间隙下作用在叶轮及导流器上的径向力曲线。

邑 2502000 15 30Q(m /h)图5 叶轮上径向力7O琶4olOo 15 30Q(m /h)图 6 导流器上的径 向力由图可以看出：随流量的增加，总体上不同间隙下叶轮上的径向力随流量的加大而减小，同时小流量情况下降幅度减低，大流量下降幅较大；间隙为0.5、1.0、1.5mm时分别在流量为 l4、10、lOm /h处 出现轻微突变。从图 6可知，间隙为0.5mm 时的 曲线走势较为特殊，且在流量为10m。/h时出现突变，其他间隙下曲线走势基本-致；问隙为0.5mm时相对于间隙为 1.0、1.5、2.0mm在小流量下差别较小，在大流量下差别较大，间隙为 1.0、1.5、2.0mm时在小流量下差别较大，而在大流量情况下差别相对较校4 气液两相定常数值模拟4.1 数 值模 拟 方法基于 Fluent软件，Mixture多相流模型(介质为常温清水及空气)，应用标准 k-湍流模型及SIMPLE算法。计算时先将泵体区域预装水，如图7所示[1 。采用速度进 口，自由出流的边界条件，进口处空气体积分数设置为 1，对该泵的自吸性能进行定常状态下的定性分析。

图7 初始气液分布4.2 气液两相流场分析2013年第 41卷第 3期 流 体 机 械 9样机外特性试验结果：额定工况点扬程34.21m，效率55.29%；自吸试验结果：当自吸高度为5m时，自吸时间为 45s，符合国家标准规定的：自吸高度5m时自吸时间<120s。

从图中可以看出，数值模拟预测的扬程、效率与试验的性能趋势基本-致，额定工况点扬程、效率的模拟值分别比试验值高 6.99%、3.76%。

6 结语用数值模拟的方法分析了4种不同叶轮与导流器前盖间隙大小下射流自吸离心泵水力性能的变化规律、径向力变化规律、自吸过程泵内气液两相分布及流动情况.兼顾考虑水力性能和自吸性能最终确定叶轮与导流器前盖的间隙为0.5mm，样机试验结果表明：在额定工况扬程 34.21m，效率55.29%，当自吸高度为 5m时，自吸时间为45s，达到设计要求。