葉片包角和出口安放角對葉輪性能的影響.pdf

1、離心泵廣泛應(yīng)用于石油化工、造船、農(nóng)田灌溉等生活生產(chǎn)的各個領(lǐng)域。葉輪作為離心泵內(nèi)能量轉(zhuǎn)換的核心部件，其性能的好壞直接影響著離心泵整機的性能，而葉片形狀對葉輪的水動力特性具有決定性的影響。因此，在原始水力設(shè)計的基礎(chǔ)上，通過修改葉片型線來改變液體表面流體動力負荷，以達到提高離心泵水力性能的目的。應(yīng)用計算機輔助設(shè)計和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,在分析葉輪機械內(nèi)部流場的基礎(chǔ)上，通過利用不同的葉片包角和出口安放角的組合得到離心泵葉輪水力設(shè)計方案，再利用數(shù)

2、值模擬分析軟件篩選出液流流態(tài)更好且流動過程中盡可能少的出現(xiàn)漩渦、回流和二次流等不穩(wěn)定現(xiàn)象的優(yōu)良葉輪模型?？梢蕴岣咴O(shè)計效率并減少研發(fā)成本和研發(fā)周期。
　　本文以KQW250-400型單級單吸建筑物離心泵為研究對象。由于建筑物用泵環(huán)境的特殊性及其使用范圍甚廣，使得人們對其工作效率及使用壽命有較高的要求，因此對離心泵葉輪的水力性能提出了更高的設(shè)計目標。本文通過對葉輪主要參數(shù)的分析和綜合考慮各種影響因素，通過改變?nèi)~片包角Φ和葉片出口安放角

3、β2得到了葉輪的5個改進方案。利用PCAD軟件得到5個葉輪的二維水力圖并對5個葉輪方案進行精確的全流道三維實體建模和非結(jié)構(gòu)化四面體網(wǎng)格劃分。最后基于標準k-ε湍流模型，利用SIMPLEC算法，對5個離心泵模型在0.6Qopt、0.8Qopt、1.0Qopt、1.2Qopt、1.5Qopt（Qopt為設(shè)計流量）工況下進行數(shù)值模擬得到其相應(yīng)外特性曲線同時對離心泵內(nèi)部流動特性展開研究。
　　利用軟件得到5個改進葉輪在各工況下的內(nèi)部靜壓、

4、速度云圖、流線分布和湍動能等分布特性并進行對比分析。表明小流量下，尤其是0.8Qopt工況下時，液流流態(tài)相對較差，在靠近蝸殼隔舌處出現(xiàn)脫流現(xiàn)象，說明葉輪對流體的控制作用較差，能量損失較為嚴重；在大流量下，流動均勻，能量損失也相對較小。綜合考慮各種因素，最終確定葉片包角?=126°,葉片出口安放角b2=2°24的葉輪性能最佳。它在設(shè)計流量點550m3/h,數(shù)值模擬揚程為53.49m，效率為87.66%，軸功率為91.17kW，各項性能都達

5、到設(shè)計要求。
　　按照1:1的比例將所得葉輪通過三維快速成型設(shè)備得到其三維蠟?zāi)Ｄ＞撸ㄟ^熔蠟得到2Cr13葉輪鑄造。并對原始離心泵模型和帶改進葉輪的離心泵模型在離心泵清水試驗臺進行外特性試驗，測試結(jié)果表明：原始離心泵模型在流量為551.381m3/h時，揚程為49.1m，效率為79.88%，軸功率為92.319 kW；帶改進葉輪的離心泵模型在流量為440.363m3/h時，揚程為55.48m，效率為82.7%，軸功率為80.454