多级离心泵轴向力的数值计算与平衡

轴向力的平衡与否对离心泵的可靠性及使用寿命具有重要影响,准确地计算轴向力的大小是轴向力平衡设计的关键。采用CFX软件对一立式多级泵首级和次级进行了全流场数值模拟,预测了叶轮所受轴向力的大小。采用Pro/E软件进行三维建模,并用ICEM软件进行网格划分;采用SIMPL正C算法和RNG k-ε湍流模型,通过求解三维N-S方程及能量方程,得到了多级泵的速度场、压力场及湍动能分布。对叶轮各过流表面进行面积积分,计算了叶轮所受轴向力,计算结果叶轮前后盖板不对称是轴向力产生的最主要原因。基于数值计算的结果,采用对称布置方式平衡轴向力:一组两级叶轮,另一组三级叶轮,中间采用交叉过渡流道来连接。计算结果表明采用对称布置该多级泵残余轴向力较小,实现了轴向力的平衡。采用数值模拟的方法可有效指导离心泵导轴向力的平衡设计。