液壓柱塞泵的不穩定特性控製與試驗探討

液壓柱塞泵的不穩定特性控製與試驗探討

下麵分析可以得出產生流線方向上二次流旋渦有三個來源 ：

1) 彎曲葉片 ；它使流動從進口衝角方向轉到軸線方向 ，把前 、後蓋板表麵上邊界層內的低I流體微團驅趕到非工作麵上 ，由於工作麵邊界層內的低I流體微團是不穩定的 ，因此也被驅趕到非工作麵上 。

2) 軸向向徑向拐彎 ；由於子午麵上前後蓋板型線存在曲率 ，把工作麵和非工作麵以及後蓋板表麵上邊界層內的低I流體微團轉移到前蓋板表麵 。

3) 旋轉 ；隨著流動從軸向到徑向 ，旋轉對二次流旋渦的貢獻不斷增加 ，哥氏力產生的二次流使低I流體從前 、後蓋板表麵以及不穩定的工作麵表麵的低I流體轉移到非工作麵上 由於分層效應的影響 ，使高能流體微團在工作麵和後蓋板一側積聚 ，促使來流速度加快 ，並且邊界層增長緩慢 ，減少了分離傾向 。而在非工作麵和前蓋板一側則有低能流體微團積聚 ，從而降低了來流速度 ，加劇了邊界層增長 ，助長了邊界層分離傾向 。

2尾流-射流結構與流動分離 上麵已經提及離心葉輪通道內的流動基本上是由相對較小的尾流區和近似於無粘的射流區組成 ，考慮到真實流體的粘性作用 ，在B-B通道的工作麵和非工作麵都形成了邊界層 ，在葉片曲率以及旋轉的作用下 ，非工作麵上的邊界層由於二次流的影響越來越厚 ，有容易在某一小流量下發生失速現象 ，從而導致邊界層分離 。下麵簡要闡述流線曲率和旋轉對邊界層穩定性的影響 。

泵不穩定特性控製與試驗研究 小流量工作不穩定性是超低比轉速高速誘導輪離心泵的必須要解決的三個關鍵難題之一 。如果泵的揚程流量特性線存在正斜率上升段 ，當泵在低於駝峰點的小流量工況下運行時 ，會出現喘振 ，其特征表現為流動參數如出口壓力發生波動及管線振動 ，這種現象稱為小流量不穩定 。本章主要從設計角度出發 ，弄清這些小流量不穩定的形成機理並分析其影響因素 ，從而來指導低比轉速高速誘導輪離心泵的設計 ，使高速離心泵的揚程流量特性線H~Q不存在正斜率上升段 ，即高速離心泵具有很好的小流量工作穩定性 。

2.1產生不穩定現象的機理 產生小流量不穩定現象的原因主要是誘導輪進口前緣外徑處產生的回旋流 、離心輪進口的回流 、葉輪流道裏的二次流 、葉輪流道內的尾跡-射流結構與流動分離 、以及葉輪與蝸殼聯合工作時出現的葉輪出口二次流等 。這些因素的存在 ，一方麵影響了高速離心泵的流場分布 ，另一方麵又消耗了很大的能量 ，致使小流量區的揚程和效率下降 ，因此就很容易使高速離心水泵特性線出現正斜率上升段 ，從而使高速離心泵在小流量工況下產生不穩定現象 。下麵就對這幾種不穩定因素的產生機理進行闡述 。

3進口回流產生的機理 關於葉輪進口回流產生的機理國內外許多學者作了研究 。Stepanoff[1]是較早對離心泵葉輪進口回流機理進行研究的學者之一 ，他認為液體流動是靠能量坡度維持的 ，在流量降低到了接近零時 ，由於液體慣性力的作用 ，葉輪有可能使其進口周圍的圓周速度增加 ，因此管壁附近的能量增加 ，這使得維持液體沿流線流動所必須的能量坡度不在存在 ，因此就在葉輪進口附近的液流發生倒流 。Fraser[2]認為離心揚程對於給定的葉輪直徑和流量來說是不變的，而動揚程是流量的函數 ，在揚程流量曲線上某些點 ，動揚程一旦超過離心揚程 ，那麽在這些點壓力梯度反向 ，導致了流動方向相反 ，即產生回流現象 。文獻3從理論和實驗兩方麵分析了低比轉速離心泵葉輪進口回流產生的機理 ，認為旋轉速度分量是葉輪進口回流產生的主要原因 ，並指出回流是導致小流量不穩定現象的主要原因 。

其實誘導輪和離心輪進口的回流實際上是由於旋轉葉片對液流的作用力不均勻而引起的 ，由於離心力的作用 ，使外緣處與靠近轉軸中心形成壓差 ，在進口邊緣的外緣處比內緣處的壓力高而旋轉葉片的運動一直保持這種運動壓差 ，因此導致葉片進口外緣倒流到進口管 ，再回到主流 ，當回流返回主流時 ，它將帶動主流作旋轉運動 ，這樣就形成預旋 。 由於設計人員在設計低比轉速高速誘導輪離心泵時往往采用正衝角方法 ，即為了保證誘導輪產生的揚程能夠滿足離心輪進口的能量要求 ，取誘導輪葉片進口角大於液流角 ，同時為使離心輪獲得較好的汽蝕性能 ，也取其葉片進口角大於液流角 ；另外為了獲得較高的效率 ，在設計超低比轉速高速誘導輪離心泵時普遍采用加大流量設計 ，這就使運行工況下的實際液流角小於設計工況下的液流角 ，這樣就使誘導輪和離心輪進口前緣都具有不均勻的圓周速度分量 ，從而產生繞流線的旋渦 。因此誘導輪和離心輪的進口回流實際上也就是由於旋轉葉片邊緣處的液流圓周分速不均勻引起的 ，是包含垂直於軸麵的旋渦和繞流線旋渦的回漩流 。

4離心葉輪流道中的二次流與分層效應 現在的流場分析與流動測試研究已表明離心葉輪流道內的流動基本上是由相對速度較小的尾流區和近似於無粘性的射流區所組成（圖4-1） ，尾流區緊貼在葉輪的前蓋板和非工作麵上 ，尾流區愈寬 ，射流- 尾流之間的剪層愈薄 ，兩者之間的速度梯度愈大 ，意味著射流- 尾流結構愈強 ，葉輪內的損失也就愈大 。尾流的形成與發展是邊界層的發展 、二次流的發展 、流動分離和分層效應等因素相互影響相互促進而形成的 。

離心輪內二次流 關於二次流的形成及其對尾跡的影響 ，國內外許多學者作了研究 ，定性來講可用下式來分析葉輪旋轉流道中的二次流[4] ： EMBED Equation.2 (2-1) 上式中的 EMBED Equation.2 為旋轉滯止壓力 ， EMBED Equation.2 為相對流線的旋轉分量 ， EMBED Equation.2 分別為I對次法線方向和旋轉軸方向的偏導數 。上式表明相對流線方向的旋渦是由兩個因素產生 ：一是為具有半徑Rn的流線曲率 ，另一是旋轉角速度ω引起的 。

5旋轉滯止壓力I是動壓力 EMBED Equation.2 和折算靜壓力 EMBED Equation.2 之和 ，粘性的作用使I下降 。由於在葉輪流道旋轉邊界層內存在較大的相對速度梯度 ，因此具有均勻折算靜壓的邊界層內I的最小值出現在壁麵上，其值等於p 。 考慮圖2-3所示葉輪流道的B-B流動 ，假設由於進口管壁麵的摩擦已經產生了如圖所示的速度剖麵 ，考慮B-B的流道的一個流麵ABCD ，靠近葉輪流道外直徑的A點 ，流線曲率由葉片曲率產生 ，次法線方向的旋轉壓力梯度是由前蓋板邊界層損失引起的 ，如圖2-3所示方向 ，式（2-1）中第一項產生的正的流線方向的旋轉分量 EMBED Equation.2  。

而在靠近內直徑處的B點 ，引起負的 EMBED Equation.2  ，其結果是形成前蓋板及後蓋板表麵邊界層上的二次流 ，使前 、後蓋板表麵邊界層內的低I微團流到非工作麵上 ，並且從連續性出發也把工作麵上的低I微團驅趕到非工作麵上去 ，這樣就增厚了非工作麵上的邊界層 。由於I梯度與ω幾乎垂直 ，由式（2-1）的第二項引起的二次流較小 。由於在葉輪出口處的C 、D兩點位於流道的徑流部位 ，因此主要由第二項引起如圖所示方向的正 、負 EMBED Equation.2 和二次流 ，這樣也就把前 、後蓋板邊界層內低能微團驅趕到非工作麵上去 ，增加了非工作麵上的邊界層 。 將同樣的分析方法應用於子午平麵內 ，當流線由軸向向徑向拐彎時 ，在工作麵和非工作麵邊界層上形成二次流旋渦 ，它們把工作麵和非工作麵上邊界層內的低I微團驅趕到前蓋板上 ，增厚了前蓋板表麵的邊界層 。

以上就是尊龍凱時液壓油泵有限公司(上海）分公司對於液壓柱塞泵不穩定性的實驗探討 ，僅供參考 ，更多資訊 ，以官方公告為準 。