轴流泵出水管内部流动水力特性研究(2)

轴流泵出水管内部流动水力特性研究

影响[2]。

中小型轴流泵量大面广,采用等圆出水管,出水管内流态复杂,影响其水力损失和泵装置效率。本文实测轴流泵出水管内部三维流场,揭示流动规律,计算水力损失,分析环量的影响,为泵装置优化设计提供参考依据。

119m时 u=0134～0138。周向流速较大。

3　出水管内部流速分布

试验测定了H=2183m、1190m两个工况水泵倾斜出水管流场。测量断面选在距弯管出口1D、2D和6D的断面 、 、 。在每个测量断面选定上

1　试验装置与方法

试验水泵装置如图1所示。水泵设计流量Q=

01025m3 s,设计扬程H=2183m,额定转速n=2860r min,俯视为顺时针旋转。为便于观察流态,

中下3条水平测线,中测线为断面上下对称线,即圆

形断面水平直径,上测线和下测线分别距中测线29mm。国家试验标准[5]、日本试验标准[6]及国际试验标准规定水泵出口能量测量选在距弯管出口2D断面,即断面 。

轴向流速系数用测点轴向流速vz与断面平均轴向流速vz0之比 z表示,以 z为纵轴并与断面垂直对称轴重合,以测点到断面垂直对称轴距离与断面半径R的比值b0为横轴,将同一工况断面3条测线的 z值绘于同一图中。将断面内沿测线方向的水平流速vhvv合成为横向vc, ccvz0表示,以测点为,(面)。311　断面

断面 横向流速vc如图3a所示。受导叶出流环量影响,vc逆时针旋转。由于出水弯管的作用,横向流速分布不均匀、不对称, c=0～013,右上侧区域周向流速明显大于左侧。采用丝线法观测断面圆周边壁8个方位水流方向,与轴面最大夹角(液流偏角)位于断面正下方,其值为21°,其次是右上区域,为17°,8个方位平均液流偏角为1411°。

断面 轴向流速系数如图3b所示。 z右侧小于左侧,右侧上、中测线稍小,两侧非近边壁 z分别为1105vz0、0199vz0左右;右侧下测线区域由于横向流速方向背离边壁,有局部旋涡和脱流趋势,因而 z特别小,仅为0156左右。312　断面

如图3c所示,断面 横向流速分布与断面 相似。流动总体呈逆时针旋转,最大周向流速移至右下区域,与丝线法观测结果一致,最大液流偏角24°,8个方位平均液流偏角为1315°。外周边区域环量近似计算为

#=

v(s)ds≈∑Sv∮

u

i

C

i=1

内径D=011m出水管采用透明有机玻璃制成,60°出水弯管中心弯曲半径为2D。设定7个流场测量断面,断面 、 位于出水垂直管上,分别距后导叶出口015D、311D;断面 位于出水弯管进口后的45°断面;断面 、 、 位于倾斜上升出水管段上,分别距弯管出口1D、2D、6D,出水管上升段长9D,后接驼峰水平段,断面 位于驼峰水平段进口后115D处。采用五孔探针测定出水管流场[3,4]

。

图1　试验水泵装置

Fig.1　Testingpumpassembly

2　出流环量测定

试验测定出水管垂直段断面 和断面 流场。断面 、断面 流体流动关于中心对称,只需测量

断面半径上的流速分布。图2中测点半径r0为测点

图2　后导叶出口所在半径r与管道半径R

周向流速分布

之比,周向流速系数 u为

Fig.2　Circumferential

周向流速vu与断面平均轴向流速vz0之比。设计工况时(H=2183m) u=0138～0151;扬程为H=

velocitydistributionin

guidevaneoutletofthedischarge

6

ui

(1)

式中　C——积分曲线,断面区域周长,C=0195ΠD

　vu(s)——边壁周向速度,是位置s的函数　vui——实测边壁第i测点周向速度

　Si——边壁第i测点所代表的周边长度,以