離心泵葉頂泄漏渦結(jié)構(gòu)特性研究

王李科，盧金玲，2，廖偉麗，王 維，2，馮建軍，羅興锜，2

（1.西安理工大學(xué)，陜西 西安 710048；2.西安理工大學(xué) 省部共建西北旱區(qū)生態(tài)水利工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710048）

1 研究背景

離心泵作為輸水系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備之一被廣泛應(yīng)用于供水和排水等領(lǐng)域［1］。對(duì)于半開式離心泵而言，葉頂間隙形成的泄漏流使得揚(yáng)程和效率下降，振動(dòng)增加，威脅系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行［2-4］。在設(shè)計(jì)和運(yùn)行過(guò)程中，為了避免或者減弱泄漏渦引發(fā)的不利影響，必須要對(duì)不同流量工況下泄漏渦結(jié)構(gòu)特性和軌跡進(jìn)行深入細(xì)致的研究。

葉頂間隙產(chǎn)生的泄漏流是一種非常復(fù)雜的流動(dòng)現(xiàn)象，同時(shí)存在分離渦、泄漏渦、二次渦等不穩(wěn)定流動(dòng)。首先葉頂間隙會(huì)增加葉輪內(nèi)部的流動(dòng)損失，導(dǎo)致性能下降，當(dāng)葉頂間隙增大時(shí)，性能下降更加嚴(yán)重［5-7］；其次葉頂間隙對(duì)外特性的影響與運(yùn)行工況有關(guān)，F(xiàn)arid 等［8］發(fā)現(xiàn)葉頂間隙與離心泵外特性的關(guān)系近似為回歸效應(yīng)，在小流量工況的下降幅度明顯小于大流量工況。但是賀曉希等［9］在研究葉頂間隙對(duì)離心葉輪性能的影響時(shí)得到了相反的結(jié)論，同一葉頂間隙下，流量系數(shù)越小，性能參數(shù)下降速率越快。此外泄漏渦結(jié)構(gòu)具有明顯的非定常特性。Yang 等［10］的研究發(fā)現(xiàn)靠近葉頂?shù)撵o壓分布周期性變化，導(dǎo)致泄漏渦的渦量隨時(shí)間變化。葉頂泄漏渦非定常流動(dòng)的周期明顯小于葉片的旋轉(zhuǎn)周期，約為葉片通過(guò)頻率的一半［11］。隨著流量的減小，泄漏渦軌跡向相鄰葉片壓力面運(yùn)動(dòng)，當(dāng)泄漏渦軌跡到達(dá)葉片進(jìn)口邊時(shí)，會(huì)形成前緣溢流，流動(dòng)失穩(wěn)，誘發(fā)尖端失速［12-13］。……