叶片包角和出口安放角对叶轮性能的影响

发布时间：2018-04-10 13:03

本文选题：离心泵 + 叶片包角　；参考：《兰州理工大学》2017年硕士论文

【摘要】：离心泵广泛应用于石油化工、造船、农田灌溉等生活生产的各个领域。叶轮作为离心泵内能量转换的核心部件,其性能的好坏直接影响着离心泵整机的性能,而叶片形状对叶轮的水动力特性具有决定性的影响。因此,在原始水力设计的基础上,通过修改叶片型线来改变液体表面流体动力负荷,以达到提高离心泵水力性能的目的。应用计算机辅助设计和数值模拟相结合的方法,在分析叶轮机械内部流场的基础上,通过利用不同的叶片包角和出口安放角的组合得到离心泵叶轮水力设计方案,再利用数值模拟分析软件筛选出液流流态更好且流动过程中尽可能少的出现漩涡、回流和二次流等不稳定现象的优良叶轮模型。可以提高设计效率并减少研发成本和研发周期。本文以KQW250-400型单级单吸建筑物离心泵为研究对象。由于建筑物用泵环境的特殊性及其使用范围甚广,使得人们对其工作效率及使用寿命有较高的要求,因此对离心泵叶轮的水力性能提出了更高的设计目标。本文通过对叶轮主要参数的分析和综合考虑各种影响因素,通过改变叶片包角Φ和叶片出口安放角β_2得到了叶轮的5个改进方案。利用PCAD软件得到5个叶轮的二维水力图并对5个叶轮方案进行精确的全流道三维实体建模和非结构化四面体网格划分。最后基于标准κ-ε湍流模型,利用SIMPLEC算法,对5个离心泵模型在0.6Q_(opt)、0.8Q_(opt)、1.0Q_(opt)、1.2Q_(opt)、1.5Q_(opt)(Q_(opt)为设计流量)工况下进行数值模拟得到其相应外特性曲线同时对离心泵内部流动特性展开研究。利用软件得到5个改进叶轮在各工况下的内部静压、速度云图、流线分布和湍动能等分布特性并进行对比分析。表明小流量下,尤其是0.8Q_(opt)工况下时,液流流态相对较差,在靠近蜗壳隔舌处出现脱流现象,说明叶轮对流体的控制作用较差,能量损失较为严重;在大流量下,流动均匀,能量损失也相对较小。综合考虑各种因素,最终确定叶片包角Φ=126°,叶片出口安放角β_2=24°的叶轮性能最佳。它在设计流量点550m~3/h,数值模拟扬程为53.49 m,效率为87.66%,轴功率为91.17 kW,各项性能都达到设计要求。按照1:1的比例将所得叶轮通过三维快速成型设备得到其三维蜡模模具,通过熔蜡得到2Cr13叶轮铸造。并对原始离心泵模型和带改进叶轮的离心泵模型在离心泵清水试验台进行外特性试验,测试结果表明:原始离心泵模型在流量为551.381 m3/h时,扬程为49.1 m,效率为79.88%,轴功率为92.319 kW;带改进叶轮的离心泵模型在流量为440.363m3/h时,扬程为55.48 m,效率为82.7%,轴功率为80.454 kW;流量为550.823 m~3/h时,扬程为51.84 m,效率为85.65%,轴功率为90.794 kW;流量为661.432 m~3/h时,扬程为47.02m,效率为84.16%,轴功率为100.646 kW。最终在设计流量点带改进叶轮的离心泵效率提高了5.77%,扬程提高了2.74 m,改进后离心泵效率整体高于改进前,同时该研究将极大的提高建筑物用泵的效率,提高经济效益降低能耗。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH311

【参考文献】