单-双蜗壳泵隔舌区压力脉动及径向力特性分析

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双蜗壳式双吸泵隔板结构对叶轮径向力的影响

双蜗壳式双吸泵隔板结构对叶轮径向力的影响肖若富;吕腾飞;王福军【摘要】Double-volute casings were introduced to reduce the radial force that is inherent in single-volute designs. A general three-dimensional computational fluid dynamics ( CFD) simulation of a double-volute centrifugal pump was presented to predict hydraulic performance and impeller radial force. By using the shear stress transport ( SST) k - to turbulent model, the simulation results in the form of characteristic curves were compared with the experimental data. The result presented that the head and efficiency of the original double-volute pump drop were 21. 8% and 41. 3% respectively at design point due to the failed dividing rib (splitter) in the volute casing. Thus, with the aim to analyze the effects ofrib structure on pumps, three optimized rib schemes were designed to reduce the impeller radial force and keep the hydraulic performance. Three factors were considered in the rib design; start point, end point and curve equation. According to the steady numerical simulation result in each optimized scheme by CFD, No. 2 scheme reduced about half of the radial force while keeping the hydraulic performance. A method in designing the rib structure for double-volute centrifugal pumps was provided.%分别对单、双蜗壳式双吸泵10个工况点进行全三维流道的数值模拟和试验测试,发现由于双蜗壳式泵内部隔板设计不合理,导致双蜗壳泵较单蜗壳泵在原设计工况点的扬程、效率分别相对下降了21.8％和41.3％.依据双蜗壳设计基本原理,对隔板结构提出3种改进方案,利用雷诺时均方法( RANS)和SSTk -ω湍流模型对每一方案进行全三维流道的定常数值模拟.模拟和试验结果表明:2号双蜗壳泵既保持了泵原有的水力性能,又能够有效地减小叶轮径向力,因此得到双蜗壳式双吸泵中隔板结构的最优设计模型:起始位置为隔舌绕基圆旋转180°、曲线方程为对数螺旋线、终止位置为隔板起始点旋转180°.【期刊名称】《农业机械学报》【年(卷),期】2011(042)009【总页数】4页(P85-88)【关键词】离心泵;计算流体动力学;双蜗壳;径向力【作者】肖若富;吕腾飞;王福军【作者单位】中国农业大学水利与土木工程学院,北京100083;中国农业大学水利与土木工程学院,北京100083;中国农业大学水利与土木工程学院,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TH311引言双蜗壳式双吸泵作为一种新型泵，不仅继承了单蜗壳双吸离心泵高扬程、大流量、平衡轴向力等优点，理论上还可以有效地减少泵运行过程中产生的叶轮径向力，改善泵站系统的振动情况。

水泵水轮机内部压力脉动特性研究

１倍叶倍频，且该处的监测点的压力脉动频率主要由于转轮与活动导叶之间的动静干涉产生；在转
轮内水轮机工况时的压力脉动频率呈现多样性，水泵工况时则都以转频的倍数为主；尾水管直锥段
的主频率在最优工况下等于１倍叶倍频，振动幅值较小。
Ｉｔｃａｎｂｅｃｏｎｃｌｕｄｅｄｆｒｏｍｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｔｈａｔ：ｉｎ
ｔｈｅｈｅａｄｃｏｖｅｒａｒｅａｏｆｔｈｅｕｎｉｔｓ，ｐｒｅｓｓｕｒｅｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｉＳｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｏｂｖｉｏｕｓａｎｄｕｎｄｅｒｔｈｅｔｕｒｂｉｎｅｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｐｕｌｓｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｉｓｍａｉｎｌｙｔｗｉｃｅａｓｍｕｃｈａｓｔｈｅｌｅａｆｆｒｅｑｕｅｎｃｙ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｕｎｄｅｒｔｈｅｐｕｍｐｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｐｕｌｓｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｉｓｍａｉｎｌｙｏｎｅｔｉｍｅａｓｍｕｃｈａｓｔｈｅｌｅａｆｆｒｅｑｕｅｎｃｙ．Ｆｏｒｔｈｅｂｌａｄｅｌｅｓｓａｒｅａｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｒｕｎｎｅｒａｎｄｔｈｅｇｕｉｄｅｖａｎｅ，ｐｕｌｓｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｕｎｄｅｒｂｏｔｈｐｕｍｐｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｎｄｔｕｒｂｉｎｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｐｐｒｏａｃｈｅｓｏｎｅｔｉｍｅｏｆｔｈｅｌｅａｆｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ａｎｄｐｒｅｓｓｕｒｅｐｕｌｓａｔｉｏｎ

隔舌对离心泵压力脉动特性及内部流场的影响

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｃｌａｒｉｆｙｔｈｅｔｏｎｇｕｅｉｎｌｆｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｆｌｏｗｆｉｅｌｄｏｆｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｐｕｍｐ，ｔｈｅｅｘｔｅｎａｒｌ
ｔｅｃｎｏｈｌｏｇｙ．Ｔｈｅｉｍｐａｃｔｏｆｔｏｎｇｕｅｓｈａｐｅｏｎｔｈｅｅｉｃｆｉｅｎｃｙａｎｄｈｅａｄｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｔｈｒｏｕｇｈｅｘｐｅｉｍｅｒｎｔ．Ｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｐｕｌｓａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｉｎｔｅｎａｒｌｌｏｆｗｉｆｅｌｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｎｔｈｅｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｓｉｎｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄｗａｔｅｒｃｈａｍｂｅｒｏｆｔｈｅｓｉｎｇｌｅ — ｔｏｎｕｅｇａｎｄｄｏｕｂｌｅ — ｔｏｎｇｕｅｗｅｒｅｒｅｓｅａｒｃｈｅｄｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｄｏｕｂｌｅ－－ｔｏｎｇｕｅｈａｓａｎｕｎｃｏｎｓｐｉｃｕｏｕｓｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅｅｘｔｅｎａｒｌｃｈｒａａｃｔｅｉｓｒｔｉｃｓｃｏｍｐｒｅａｄｔｏｓｉｎｇｌｅ－・ｔｏｎｇｕｅ；Ｐｒｅｓｓｕｒｅｐｕｌｓａｔｉｏｎｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓｏｆｓｉｎｇｌｅ－ｔｏｎｕｅｇａｎｄｄｏｕｂｌｅ — ｔｏｎｇｕｅａｒｅｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｂｌａｄｅｐａｓｓｉｎｇｒｅｆｑｕｅｎｃｙ，ａｎｄｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｐｕｌｓａｔｉｏｎａｍｐｌｉｔｕｄｅｇｅｔｓｍｏｒｅｉｎｔｅｎｓｅｎｅａｒｔｈｅｔｏｎｇｕｅ．Ｐｒｅｓｓｕｒｅｐｕｌｓａｔｉｏｎａｍｐｌｉｕｄｔｅｏｎｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｓｉｎｐｒｅｓｓｒｉｕｚｅｄｗａｔｅｒｃｈａｍｂｅｒｒｅｄｕｃｅｓｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｔｌｙｗｈｅｎｔｈｅｄｏｕｂｌｅ－ｔｏｎｇｕｅｉｓａｐｐｌｉｅｄ，ｎｄａｍｏｓｔｏｆｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｐｕｌｓａｔｉｏｎｒｅｆｑｕｅｎｃｙｉｓｆｏｃｕｓｅｄｏｎｔｈｅｌｏｗｒｅｆｑｕｅｎｃｙ．Ｗｈｅｎｄｅｖｉａｔｅｄｒｏｆｍｈｅｔｏｐｅｒａｔｉｎｇｐｏｉｎｔ，ｔｈｅｐｒｅｓｓｒｅｕｐｕｌｓａｔｉｏｎａｍｐｌｉｕｄｔｅｏｆｓｉｎｇｌｅ — ｔｏｎｇｕｅｉｎｃｒｅａｓｅｓｏｂｖｉｏｕｓｌｙｏｎｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｌａｒｇｅｓｔｄｅｃｌｉｎｅｒａｔｅｏｆｈｅｔｐｒｅｓｓｒｅｕｐｕｌｓａｔｉｏｎａｍｐｌｉｕｄｔｅｒｅａｃｈｅｓ４５．５％ｗｈｅｎ

双吸离心泵叶片区压力脉动特性分析

［1 ～ 4 ］。流场特性研究，目前离心泵内部湍流数值模拟广泛采用
引言
双吸离心泵广泛应用于大型调水工程、农田灌溉和城镇供水等领域，其内部动静干涉等因素可能引起泵内压力脉动，进而导致振动、噪声等危害。随，着双吸离心泵尺寸不断增大功率不断增加，运行稳定性问题显得尤为突出。叶片区压力脉动是直接影响离心泵转子振动的重要因素，研究该区域压力脉动情况可以为叶片优化设计、提高水泵运行稳定性提供依据。获取压力
Pressure Fluctuations of the Impeller in a Doublesuction Centrifugal Pump
Qu Lixia Wang Fujun Cong Guohui Yao Zhifeng
（ College of Water Conservancy and Civil Engineering，China Agricultural University，Beijing 100083 ，China）
Lilly 亚格子尺度模型，其假定 SGS 的形式为 τij －式中 1 τ δ = － 2 μ t S ij 3 kk ij （ 3）
— —亚格子尺度湍动粘度 μt — — —亚格子尺度正应力 τkk —
第9 期
瞿丽霞等：双吸离心泵叶片区压力脉动特性分析
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率，可以算出泵在不同工况下的扬程、效率，然后绘制出流量扬程、流量效率曲线，如图 4 所示。扬程系数 ψ，流量系数定义为 2 2 ψ = H /（ n D ）
2011年9月
农业机械学报
第 42 卷第 9 期
双吸离心泵叶片区压力脉动特性分析 !

单、双隔舌对离心泵径向力特性及内部流场的影响

单、双隔舌对离心泵径向力特性及内部流场的影响牟介刚;刘剑;谷云庆;代东顺;郑水华;马艺【摘要】为了明确不同型式隔舌对离心泵内部流场的影响，利用标准 k －ε湍流模型，对不同工况下单隔舌、双隔舌蜗壳离心泵外特性参数进行数值模拟及相关试验，验证双隔舌蜗壳离心泵的可行性，分析不同工况下单隔舌、双隔舌离心泵叶轮与蜗壳处径向力特性，并对蜗壳和叶轮静压分布以及流场的湍动能进行研究。

结果表明：采用双隔舌蜗壳并不会对离心泵外特性造成影响；不同工况下，作用在蜗壳上的径向力均远大于叶轮上的径向力，当采用双隔舌时，叶轮处径向力略微减少，而蜗壳处则降低显著；两种隔舌离心泵叶轮内流体流动趋势相当，各处静压分布较为均匀；不同时刻下，采用双隔舌时，其蜗壳内静压分布变化更小，尤其表现在蜗壳扩散段，说明双隔舌蜗壳更利于流体流动。

%In order to clarify different tongues'influences on the internal flow field of a centrifugal pump,based on a k-εturbulence model,its external characteristics were numerically simulated and tested under different operating conditions,the results showed that a double-tongue centrifugal pump is feasible.Radial force characteristics,static pressure distribution and the turbulent kinetic energy on the impeller and volute of centrifugal pumps with different tongues were analyzed.Results showed that the double-tongue has no obvious effects on the external characteristics of pumps;the radial hydraulic force acted on the volute is much larger than that acted on the impeller under different operating conditions;when the double-tongue is applied,the radial hydraulic force on the impeller decreases slightly,and it decreases significantly on the volute;tendencies of fluid flowing on the impellerunder different tongues are similar,and static pressure distributions are uniform for the two tongues;when the double-tongue is applied at different instants, changes of static pressure distribution aresmaller,especially,during the diffuser duration of the volute,so the double-tongue is much better for fluid flowing.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2016(035)011【总页数】7页(P116-122)【关键词】离心泵;双隔舌;数值模拟;径向力;流场【作者】牟介刚;刘剑;谷云庆;代东顺;郑水华;马艺【作者单位】浙江工业大学机械工程学院，杭州 310014;浙江工业大学机械工程学院，杭州 310014;浙江工业大学机械工程学院，杭州 310014;浙江工业大学机械工程学院，杭州 310014;浙江工业大学机械工程学院，杭州 310014;浙江工业大学机械工程学院，杭州 310014【正文语种】中文【中图分类】TH212;TH213.3离心泵根据设计理论得到的几何不对称螺旋形压水室，泵运行时旋转叶轮与蜗壳之间的动静干涉将使泵内部流场的径向分布差异较大，导致离心泵内部的三维非定常流动变得异常复杂[1-2]。

基于大涡模拟的离心泵蜗壳内压力脉动特性分析-修改

收稿日期：2010-1-7基金项目：国家自然科学基金资助项目（50979034）；江苏大学高级人才科研启动基金资助项目（09JDG032）作者简介：袁建平（1970-），男，江苏金坛人，副研究员（yh@ ），主要从事流体机械内部流动及其诱导振动与噪声的研究.基于大涡模拟的离心泵蜗壳内压力脉动特性分析袁建平，付燕霞，刘阳，张金凤，裴吉（江苏大学流体机械工程技术研究中心，江苏镇江212013）摘要：为了研究由离心泵内部非定常流动引起的蜗壳流道内的压力脉动这一现象及其特性，针对带有三长三短叶片叶轮的离心泵，采用大涡模拟方法计算包括吸水室、叶轮和蜗壳全流道的流场，获得蜗壳流道压力脉动分布特性，并对其进行了频域和时域分析。

结果表明：由于叶片和蜗壳的动静相干作用，蜗壳内的压力脉动比较明显；在设计工况下，叶轮与蜗壳交界面周向上的隔舌处脉动最大；蜗壳内各监测点压力脉动的主频都是长叶片的通过频率，次主频为叶片的通过频率；蜗壳流道不同断面上的压力脉动基本一致，而扩压管内的压力脉动要比螺旋段的更有规律性；设计工况下，蜗壳内压力脉动没有明显的高频成分。

关键词：离心泵；压力脉动；蜗壳；大涡模拟；时域与频域分析中图分类号:TH311 文献标识码：A 文章编号：Pressure fluctuation analyses within volute of centrifugal pumpbased on large eddy simulationYuan Jianping ，Fu Yanxia ，Liu Yang ，Zhang Jinfeng ，Pei Ji(Research Center of Fluid Machinery Engineering and Technology ，Jiangsu University ，Zhenjiang ，Jiangsu 212013，China)Abstract ：In order to study the characteristics of the pressure fluctuation in centrifugal pump volute caused by unsteady flow inside the flowfield of a centrifugal pump, based on large eddy simulation （LES ）,its whole flowfield was calculated including the volute suction,impeller and volute of a centrifugal pump whose impeller has three long blades and three short blades.The pressure fluctuation in the volute was analysed in the time domain and frequency domain.The results show that the fluctuation appears obvious,resulting from the interaction of the impeller and volute.At the design flow rate the maximum fluctuation amplitude occurs at the circumference of the interfaces between the impeller and volute.The main frequency at the monitor points in volute are all long blades’ passing frequency and the sub-frequency is the splitter blades ’ passing frequency.It can be achieved that the pressure fluctuation of the different sections of volute was basically identical while the pressure fluctuation is more regular in the diffuser pipe than that in the spiral segment.There weren ’t significant high-frequency components in volute at the design flow rate.Key words ：centrifugal pump ；pressure fluctuation ；volute ；large eddy simulation (LES)；time-frequency domainanalyses由于离心泵的空间非对称性结构，叶轮高速旋转、叶轮和蜗壳的动静干涉相互作用以及流体的高粘性，其内部流动呈现出复杂的非定常特性。

双叶片离心泵内固液两相流压力脉动研究

双叶片离心泵内固液两相流压力脉动研究刘和明【摘要】双叶片固液两相流离心泵送广泛应用于农业、电力、环保、食品及采矿等行业.采用mixture模型对双叶片离心泵固液两相流进行了非定常瞬态模拟,研究了工况和颗粒物性(固体颗粒的直径、密度和体积分数)对泵内压力脉动的影响.结果表明:与输送清水相比,不同流量下加入适当的颗粒能够降低蜗壳周向及隔舌顶端处压力脉动,最大降幅达39.62％;随着颗粒粒径的增大,蜗壳压力脉动先增大后减小;随着颗粒密度和颗粒体积分数的增大,蜗壳内压力脉动均逐渐增大,最大增幅分别为5.32％和6.97％;隔舌顶端处压力脉动随颗粒密度的增加而增大,但随颗粒粒径和体积分数的增大,均呈现先增大后减小的趋势;隔舌顶端处的流动冲击会降低压力脉动的主频.【期刊名称】《装备制造技术》【年(卷),期】2019(000)001【总页数】8页(P47-53,56)【关键词】双叶片泵;颗粒物性;压力脉动;固液两相流;数值模拟【作者】刘和明【作者单位】明光市留香泵业有限公司,安徽滁州 239400【正文语种】中文【中图分类】TH3110 引言双叶片固液两相流离心泵作为输送固体颗粒的重要设备，在农业、能源、化工、环保、土建等行业都有广泛的应用。

压力脉动是影响双叶片泵稳定运行的重要因素之一，也是目前泵行业的研究热点。

R.Barrio等[1]通过改变叶轮外径和叶轮与隔舌的间隙，用数值模拟和试验研究了离心泵隔舌处压力脉动特性和径向力特性。

马新华等[2]研究了导叶叶片数对多级离心泵压力脉动的影响，结果表明导叶数对离心泵内压力脉动影响较大，导叶内各监测点的压力脉动幅值随导叶叶片数的增加而增加．周玉林等[3]研究了偏离工况下离心泵的压力脉动和振动影响，研究指出大流量偏离工况下离心泵内部各部分压力脉动特性与设计工况基本相同，而小流量偏离工况下在叶轮出口压力脉动幅值有所增大。

而对双叶片泵的研究主要集中在对泵的优化设计方面，王凯[4]基于叶轮关键几何参数建立了双叶片泵多工况水力优化设计方法，提出多工况水力优化设计方法能用于指导双叶片泵的水力设计优化。

双蜗壳泵压力脉动特性及叶轮径向力数值模拟

双蜗壳泵压力脉动特性及叶轮径向力数值模拟杨敏;闵思明;王福军【期刊名称】《农业机械学报》【年(卷),期】2009(040)011【摘要】The three-dimensional, unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with shear stress transport turbulent (SST) models were solved to investigate the flow field and the characteristic of pressure fluctuations in the double volute. The results show that the pressure fluctuations are strong in the double volute. The pressure fluctuations in the volute are relatively low at the design flow rate condition. The blade passing frequency dominates the pressure fluctuations near the volute tongue and the clapboard at the design flow rate condition. The amplitude of the pressure fluctuation is largest at the beginning of clapboard, which is 2.5 times larger than at the volute tongue. At the large flow rate condition, the blade passing frequency is also dominative in the pressure fluctuations, but at the small flow rate condition the rotation frequency becomes dominative. The radial force on the impeller is unsteady especially at the small flow rate. At three flow rates, the radial forces all point at the beginning of clapboard.%为揭示双蜗壳离心泵的水力不稳定性,采用雷诺时均方法和SST k-ω湍流模型,对一双蜗壳双吸离心泵进行了三维非定常湍流数值模拟,得到了泵内部流场特性及双蜗壳内压力脉动情况.并对其进行了频谱分析.结果表明双蜗壳内存在比较明显的压力脉动.设计工况下压水室内的压力脉动强度小于非设计工况.在设计工况下,隔舌处和隔板区压力脉动频率均以叶片通过频率为主,其中隔板起始端的脉动幅值最大,约为隔舌处的2.5倍.在大流量工况下,隔舌处和隔板起始端压力脉动频率以叶片通过频率为主,而小流量工况下以叶轮转顿为主.叶轮受到的径向力随着叶轮的旋转呈现不稳定性,其中小流量工况时最明显.3种工况下径向力均指向隔板起始端侧.【总页数】6页(P83-88)【作者】杨敏;闵思明;王福军【作者单位】中国农业大学水利与土木工程学院,北京,100083;上海凯士比泵有限公司,上海,200245;中国农业大学水利与土木工程学院,北京,100083【正文语种】中文【中图分类】TH311;TV131.3~+3【相关文献】1.单-双蜗壳泵隔舌区压力脉动及径向力特性分析 [J], 刘宜;梁润东;蒋跃;郭苗2.单、双出口双蜗壳泵的压力脉动及径向力特性 [J], 蒋跃;李红;刘宜3.双吸双蜗壳离心泵隔舌处的压力脉动特性 [J], 王家斌;陈佳;袁寿其;裴吉;孟凡4.蜗壳式多级泵首级叶轮切割压力脉动特性 [J], 石海峡;杨亚飞;李跃;许巍5.叶轮直径对双蜗壳离心泵压力脉动特性的影响 [J], 杨从新;杨藤;刘满因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

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单-双蜗壳泵隔舌区压力脉动及径向力特性分析刘宜;梁润东;蒋跃;郭苗【摘要】为揭示单-双蜗壳离心泵的不同水力特性,应用商业软件FLUENT,采用RNGκ-ε湍流模型和滑移网格技术,对单-双蜗壳双吸离心泵进行不同工况下三维非定常湍流数值模拟,得到不同蜗壳隔舌区计算点的压力脉动情况,并对其进行频域分析.结果表明:单蜗壳离心泵在设计工况及大流量工况下,压力脉动频率以叶片通过频率为主;在小流量工况下,压力脉动频率以低于1倍叶片通过频率为主,在0.6倍设计流量工况下,其压力脉动最大幅值约为设计工况下1.13倍.双蜗壳离心泵在小流量、设计流量及大流量工况下,压力脉动频率均以叶片通过频率为主,在0.6、0.8和1.2倍设计工况下,其压力脉动最大幅值分别约为设计工况的6.59、3.12和4.55倍.相比较于单蜗壳泵,双蜗壳泵能有效地平衡径向力,在偏离设计工况下径向力变化不大.【期刊名称】《兰州理工大学学报》【年(卷),期】2014(040)004【总页数】5页(P51-55)【关键词】双吸离心泵;单蜗壳;双蜗壳;压力脉动;径向力【作者】刘宜;梁润东;蒋跃;郭苗【作者单位】兰州理工大学能源与动力工程学院,甘肃兰州730050;兰州理工大学能源与动力工程学院,甘肃兰州730050;兰州理工大学能源与动力工程学院,甘肃兰州730050;兰州理工大学能源与动力工程学院,甘肃兰州730050【正文语种】中文【中图分类】TH311单-双蜗壳双吸离心泵内部流动均为复杂的三维非定常湍流，常伴有流动分离、空化、水力振动等，影响离心泵的稳定运行.而旋转叶片与静止蜗壳间的相互干扰所产生的压力脉动，及作用在叶轮产生的径向力都是影响泵运行特性的重要因素［1-2］.然而，由于结构上的不同，其分别在各自隔舌区所产生的压力脉动特性及作用在叶轮上的径向力各不相同.因此，分析对比单-双蜗壳泵所产生的压力脉动和径向力影响，对蜗壳的改进设计提高泵运行稳定性有重要的意义［3］.目前，对于离心泵蜗壳内部流场压力脉动的研究可采用试验和数值方法.其中数值模拟方面，González通过试验和数值模拟方法对离心泵的压力场进行研究，并将数值结果与试验值进行了比较，表明数值模拟方法可在很大流量范围内成功地获得叶片通过频率下的压力脉动幅值，从而验证了采用数值模拟方法研究离心泵压力脉动特性的可行性.丛国辉［4］等采用大涡模拟方法和滑移网格技术，得到双吸离心泵隔舌区计算点的压力脉动情况，表明在设计工况和大流量工况下，叶片通过频率在脉动频域中占主导地位；在小流量工况下，低于1倍叶片通过频率的脉动占主导地位.杨敏等［5］采用雷诺时均方法和SST k-ε湍流模型对隔板双蜗壳泵进行三维非定常湍流数值模拟，表明叶轮受到的径向力随叶轮的旋转呈现不稳定性.但到目前为止，尚未同时对同参数单-双蜗壳内的压力脉动及径向力特性进行分析对比. 本文以HD型双蜗壳石油化工流程泵作为研究对象，通过三维非定常计算对不同工况下单-双蜗壳隔舌区进行检测，并采用FFT变换对压力脉动的幅值的频率进行分析，同时对比分析了作用在单-双蜗壳叶轮上径向力的变化规律.1 计算模型与方法1.1 计算对象及网格划分本文以兰州水泵厂生产的HD400-160×2型石油化工流程泵为模型，用同一叶轮、不同蜗壳结构进行分析.具体参数：流量qV，d＝400 m3／h，扬程 H＝160 m，转速n＝2950 r／min，叶片数5片，叶轮出口直径D 2＝373 mm，叶轮出口宽度B 2＝15 mm.HD型石油化工流程泵模型为双蜗壳结构，根据速度矩保持性定理υu R＝K 2（常数）设计出单蜗壳结构压出室［6］.计算域包括吸水室、叶轮和压水室.通过Pro／E进行实体建模，然后导入gambit 进行网格划分，并对模型进行碎面的合并，大大提高了网格的质量.采用对复杂边界适应性强的非结构化四面体网格对计算域进行网格划分，在单-双蜗壳隔舌处进行了网格的加密.一般情况下对网格的等角斜率和尺寸斜率不超过0.85的质量要求，经检查此模型网格的等角斜率和等尺寸斜率均不超过0.8，网格质量较好.单-双蜗壳网格总数分别为2 734 580和3 077 653，计算域及网格划分结果如图1和图2所示.图1 单蜗壳计算区域及网格Fig.1 Computational domain and mesh of single volute图2 双蜗壳计算区域及网格Fig.2 Computational domain and mesh of double volute1.2 计算求解采用Fluent软件进行离心泵内部不稳定流场的数值模拟.采用RNG k-ε湍流模型，非耦合隐式方案进行求解，时间项离散采用二阶全隐格式［7］，压力项采用二阶中心差分格式，其他项采用二阶迎风差分格式，压力和速度的耦合求解采用适于非定常计算的 PISO 算法［8］.进口边界指定为速度进口条件，其值通过流量和进口过流面积确定.出口边界指定为自由出流条件，认为泵内流动在出口部分已经达到充分发展状态［9］.对于泵内转子部件和定子部件之间的交界面，引入滑移网格技术［10］进行处理.固壁采用无滑移壁面条件，近壁区域采用标准壁面函数来求解近壁面区域内的低雷诺数流动.采用稳态RANS计算结果作为此次非定常计算的初始流场，为足够分辨内部流场的非定常信息，时间步长取为1.16×10-4 s，每一个时间步长叶轮转过3°.1.3 蜗壳结构及计算点位置本研究选择泵的4个运行工况进行计算，分别为qV／qV，d＝0.6、0.8、1.0、1.2.在单 -双蜗壳隔舌区分别设置监测点C 1、C 2，如图3所示.图3 压力监测点位置Fig.3 Position of pressure monitoring and measuring spot2 计算结果及分析2.1 双蜗壳泵性能试验为了验证数值模拟结果的可靠性，采用开式试验台对HD型泵进行了外特性试验，并将试验结果与数值模拟的结果进行对比，如图4和图5所示.其中各工况点的计算值是泵在非定常数值计算下得到的一个周期内的时均扬程和时均效率.图4 流量-扬程曲线Fig.4 Curves of head vs flow rate图5 流量-效率曲线Fig.5 Curves of efficiency vs flow rate结果表明，扬程和效率的模拟值均比试验值偏高，但相对误差均小于5%，试验结果和性能预估结果具有较高的吻合度.由此可以断定，该模型比较准确地预测了泵的外特性，得到的非定常流场计算结果是可信的.2.2 单-双蜗壳泵性能预测通过对单-双蜗壳离心泵全流道进行定常数值模拟，预测了不同工况下两种蜗壳形式泵的水力性能，如图6所示.从图中可以看出，在不同工况下，单蜗壳与双蜗壳泵的扬程与效率偏差较小，最大相对误差小于3%，且在设计工况下相对误差最小.可见，设计的单蜗壳泵与双蜗壳泵相比有相似的外特性，验证了研究单-双蜗壳泵的压力脉动特性是可行的.图6 单-双蜗壳泵性能曲线对比Fig.6 Comparison of performance curvesbetween single-volute pump and double-volute pump2.3 压水室隔舌处的压力脉动分析为了度量泵内的压力脉动，引入压力脉动参数：式中：Δp为压力及其平均值之差，ρ为密度，u2为叶轮出口圆周速度.不同工况下单蜗壳隔舌C1处的压力脉动时域特性，如图7所示.可以看出，在设计工况下，C1处的压力脉动随着叶轮的旋转呈周期性变化，最大脉动幅值约为静压均值的6%左右；在大流量下，压力脉动的周期性依然明显，最大脉动幅值约为静压均值的10%左右；而在小流量工况下，压力脉动呈现出不规则变化，没有明显的周期性，随着流量的降低，最大脉动幅值也相应增大.图7 不同工况隔舌C1处压力脉动时域图Fig.7 Pressure fluctuations at volute tongue C1 vs time at different operation conditions图8为不同工况下，通过快速傅里叶变换（FFT）后得到的监测点C 1处的压力脉动频域特性，其中叶片通过频率f n＝49.17×5 Hz.可以看出，在设计工况和大流量工况下，压力脉动的频率以泵的叶片通过频率为主，其相应的压力脉动的频率在设计流量工况下较小.在0.6qV，d工况下，由于泵内湍流强烈的不规则运动，低于1倍叶片通过频率的低频脉动占据主导地位，主频为叶轮转频，C1点压力脉动最大幅值约为设计工况下1.13倍.因此该泵在较小流量运行时，会存在一定的运行稳定性问题.图8 不同工况隔舌处C1压力脉动频域图Fig.8 Pressure fluctuations at volute tongue C1 vs frequency at different operation conditions图9 不同工况隔舌C2处压力脉动时域图Fig.9 Pressure fluctuations at volute tongue C2 vs time at different operation conditions图10 不同工况隔舌处C2压力脉动频域图Fig.10 Pressure fluctuations atvolute tongue C2 vs frequency at different operating conditions双蜗壳不同工况下隔舌C2处的压力脉动时域特性如图9所示，图10为其对应的频域特性.可以看出，双蜗壳隔舌处的压力脉动随着叶轮的旋转呈准周期性变换，且此离心泵在偏流量工况下，周期性依然较明显.在各种工况下，压力脉动的频率以叶频f n＝49.17×5 Hz为主.在0.6qV，d、0.8qV，d和1.2 q V，d工况，隔舌处压力脉动最大幅值分别约为设计工况的6.59、3.12和4.55倍.3 离心泵径向力的数值计算为了分析不同工况下作用在叶轮上的径向力特性，选取设计基圆下双蜗壳泵进行多工况数值模拟.图11为各个工况下单蜗壳与双蜗壳泵径向力大小的对比曲线图.图11 不同流量比时径向力曲线图Fig.11 Radial forces curve in case of different flow ratio分析图11可知，相对于单蜗壳泵，双蜗壳离心泵在不同工况产生的径向力都不大，能有效地平衡径向力.这是由于双蜗壳泵壳具有对称结构，隔舌呈180°分布，能把非设计点的径向力减小.设计流量工况下，径向力达到最小值且不为0；小流量工况时，径向力随流量增大而减小；大流量工况时，径向力随流量的增大而增大.4 结论1）单蜗壳离心泵在设计工况及大流量工况下，隔舌区压力随时间变化的周期性明显，压力脉动频率以叶片通过频率为主；在小流量工况下，随着流量偏离设计流量加大，隔舌区随时间变化的周期性不明显，泵内流动紊乱.压力脉动频率以低于1倍叶片通过频率为主，在0.6倍设计流量工况下，其压力脉动最大幅值约为设计工况下1.13倍.2）双蜗壳离心泵在小流量、设计流量及大流量工况下，隔舌区压力随时间变化均呈周期性变化，压力脉动频率都以叶片通过频率为主，在0.6、0.8和1.2倍设计工况下，其压力脉动最大幅值分别约为设计工况的6.59、3.12和4.55倍.3）相比较于单蜗壳泵，双蜗壳泵能有效地平衡径向力，在偏离设计工况下径向力变化不大.单蜗壳泵径向力在设计工况下比较小，在偏离设计工况下径向力逐渐增大.参考文献：［1］ HODKIEWICZ M R，NORTON M P.The effect of change in flow rateon the vibration of double-suction centrifugal pumps［J］.Proceedings of the 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