2.3 叶轮内流场和压力分析

采用CFX软件对改进后的叶轮内流场进行分析。边界条件设置如下:进口采用质量流量进口边界条件，流量为124.775kg/s;出口采用压力出口边界条件，压力设置为101.33kPa;对额定工况Q=450m³/h,p=101.33kPa,n=1480r/min进行CFD数值计算。

远离隔舌中间层叶片进口附近速度矢量分布情况如图6所示。

图6 远离隔舌中间层叶片进口附近速度矢量分布

由图6可知，流道中间层进口处冲击损失很小，相对速度变化较为平缓，速度矢量大致是符合沿叶片方向的流动规律。

叶轮内的压力分布如图7所示。从图中可看出，叶轮压力分布是合理的，叶轮流道压力从叶片压力面到吸力面逐渐降低，从流道进口到出口也是有规律的上升。叶轮的最大压力值出现在叶片的出口附近，最小压力值出现在叶轮的进口叶片的背面上，这与实际常常出现气蚀的位置相吻合。

图7 叶轮内的压力分布

综上所述，改进后的叶片进口处冲击损失小，在叶片表面没有形成明显的分离区，容易发生空化的叶片进口吸力面的低压区很小，可见叶片改型是成功的。

3 密封系统的设计

高温高压热水循环泵对密封有着严格的技术要求，高温高压的工作状况均给密封带来了较大难度，若密封效果满足不了要求，将给现场生产和人身安全带来较大的威胁。针对高温高压密封的特点，设计了一种新型密封系统装置，如图8所示。

图8 密封系统结构示意

密封系统装置主要由密封腔体、节流衬套、轴套、浮动环密封、组合密封、密封调节套及集装式机械密封等组成。

高温高压热水由泵腔进入密封系统之前首先要经过泵盖的侧壁及节流衬套，第1道密封采用节流密封，轴套与辅助轴承之间的间隙仅为0.10~0.15mm，起节流降压作用。第2道密封采用浮动密封，属于阻流型接触式机械密封，降低泵腔内高温高压热水的压力。第3道密封采用组合填料密封，起密封的关键作用。设计六列膨胀石墨圈和高碳纤维圈的组合进行强制封堵，将高温高压热水泄漏量控制在15mL/min之内。同时在密封套外周辅以流动的内循环冷却水进行强制的冷却降温，保护密封填料和组合密封使用寿命。第4道密封采用集装式机械密封，在其前置一个组合填料密封调节套，用以调节组合填料密封的松紧，保证组合密封使用寿命。集装式机械密封仅密封低压冷却水，所以密封效果好、使用寿命长。

4 冷却系统的设计

冷却系统主要是降低密封腔内的高温热水，为密封装置创造一个良好的密封条件。为了满足高温高压热水循环泵的使用要求，设计了一种新型的内、外冷却系统装置(如图9所示)。

图9 冷却系统示意

    内冷却系统冷却水直接进入密封腔体内侧进行冷却，冷却效果显著提高，起冷却的主要作用，在密封腔体内侧设计薄壁密封套，在薄壁密封套外侧设计一定数量的筋板，增加冷却效果。传统的冷却腔设计均为在密封腔的外侧进行冷却由于冷却室壁厚的影响，冷却效果要差一些，内层冷却系统的冷却效果要明显优于传统方式的冷却效果。外冷却系统可以通入较大流量的冷却循环水，由于它的流量比较大，可以冷却带走较大部分的热量，起冷却的辅助作用。