环形喷射对自吸泵空化抑制及双级动密封水力性能优化

作     者：熊博 

作者单位：兰州理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黎义斌;程效锐

授予年度：2022年

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：立式自吸泵 环形喷射 双级动密封结构 空化性能 水力性能 

摘      要：自吸泵因其良好的自吸性能,被广泛应用于农业、钢铁工业、排涝等领域。随着各类应用场合对立式自吸泵空化性能、水力性能及自吸性能要求的不断提高,现行使用的立式自吸泵已经越来越难以满足要求。本文以单级动密封立式自吸泵为研究对象,首先在叶轮入口布置环形喷射结构来改善其空化性能。然而,环形喷射会造成自吸泵容积损失增大,导致泵水力性能下降。其次,以提升自吸泵水力性能为目标,设计双级动密封结构,并揭示双级动密封对自吸泵水力性能的影响规律。最后,将双级动密封结构与环形喷射相结合,提出一种兼顾空化性能与水力性能的立式自吸泵结构,并针对单、双级动密封结构对立式自吸泵自吸性能的影响进行对比研究。具体研究内容如下:1.为改善自吸泵空化性能,设计五种环形喷射结构。通过对比研究,获得环形喷射结构参数变化对自吸泵空化及水力性能的影响规律。结果表明:环形喷射可有效改善自吸泵的空化性能,但会降低泵的水力性能。随着环形喷射孔比面积k的增大,自吸泵空化性能呈先变好后变差的趋势,水力性能有所下降。k=0.25时,自吸泵空化性能最好,相比于无喷射结构自吸泵,空化性能提升了26%,扬程和效率分别下降了2.1%和2.5%。2.为提升自吸泵的水力性能,提出了一种双级动密封结构。通过对单、双级动密封立式自吸泵水力性能进行对比分析,揭示双级动密封对自吸泵水力性能的影响规律。结果表明:双级动密封立式自吸泵比单级动密封立式自吸泵有更好的水力性能和密封性能,相比于单级动密封立式自吸泵,双级动密封立式自吸泵扬程提升了2.2%,效率提升了4%,封压功率比提升了22%。3.将双级动密封结构与环形喷射相结合,研究双级动密封与环形喷射耦合下的自吸泵空化及水力性能,最终提出一种兼顾空化性能与水力性能的自吸泵结构。结果表明:双级动密封使带喷射结构自吸泵的空化性能进一步提升了2.7%,并且提升了泵的水力性能,使其扬程提升了2.1%,效率提升了2.3%。研究结果证明,同时带有双级动密封结构和环形喷射的立式自吸泵,能够在有效改善自吸泵空化性能的同时保证泵的水力性能。4.动密封结构在自吸过程中承担着排气功能,其结构会影响自吸泵自吸时间。通过对比分析单、双级动密封结构对自吸泵气液两相流动的影响,揭示动密封结构对自吸泵自吸时间的影响规律。结果表明:单级动密封立式自吸泵自吸时间比双级动密封立式自吸泵短,单级动密封立式自吸泵的自吸时间为7.2s,双级动密封立式自吸泵的自吸时间为10.4s。单、双级动密封立式自吸泵内气液两相分布差异集中在气液分离室,其中双级动密封结构使气液分离室内流态变得紊乱,容积损失增大,气液分离能力变差。