前伸式双叶片环保泵内部流动机理与水力设计方法研究

发布时间：2020-02-14 03:11

【摘要】：前伸式双叶片环保泵属新型高效无堵塞泵,其效率高、污物通过能力强,由于该类型的无堵塞叶轮形状特殊,应用广泛,因此是近年来国内外较为热门的研究课题和重点开发的新产品。目前,除瑞典飞力公司、美国Vaughan公司等生产具有切碎与搅拌等功能的特种潜水排污泵即潜水切割泵以外,国内还没有企业研究与生产潜水结构的叶轮前伸式切碎泵。另外,多功能清淤切割排污装置、新型涡旋前伸式无堵塞泵等特种环保用泵产品尚处于研究和试制阶段,国内尚未形成生产规模,产品可靠性也有待进一步的提高。本文在国家科技支撑计划项目“高效环保用泵关键技术研究及工程应用(项目编号为2011BAF14B01)”的资助下完成。基于理论分析、数值模拟和PIV试验研究相结合的方法,对不同径向间隙的前伸式双叶片环保泵进行研究,探究不同径向间隙下的叶轮内部流动规律。设计不同比转速的前伸式双叶片环保泵,在数值模拟与外特性试验的基础上,基于三维流场分析,指导研究前伸式双叶片叶轮环保泵的性能预测方法,完善了此类高效无堵塞环保泵的设计方法。研究的主要内容及取得的创造性成果如下：(1)以某一流量为17m3/h,扬程为9m,转速为1450r/min的WQ17-9-1.1型前伸式双叶片环保泵作为研究对象,设计径向间隙分别为1mm、2mm、3mm的3种半开式叶轮,对它们进行定常数值模拟,分别研究径向间隙对泵外特性、叶片载荷、内部流场的影响。发现随着径向间隙的增大,泵的扬程、轴功率、效率都随之下降,整条曲线向下偏移；叶片进口部分的载荷随之减小,叶片出口部分的载荷变化较小；叶轮进口处的静压增加,整体叶轮的进出口压差变小,叶轮内出现了相对速度流线局部集中现象,径向间隙处始终存在旋涡。(2)对3种半开式叶轮进行非定常数值模拟,在叶轮及蜗壳内设置10个监测点,研究径向间隙对泵压力脉动的影响。结果发现：压力脉动频率幅值随着径向间隙的增大逐渐减小,随着径向间隙的增大,主频和分频幅值都减小,压力脉动减弱,位于监测点P1处的脉动衰减较慢,在N=20之后的幅值相对于主频才可忽略不计。(3)设计了WQ17-9-1.1型前伸式双叶片环保泵试验台,该试验台可以通过调整前盖板到叶轮的距离来调整径向间隙的大小,分别进行径向间隙为1mm、2mm、3mm时的外特性试验,通过外特性试验结果发现：随着径向间隙的增大,扬程H随之下降,且下降幅值呈几何倍数增大,同时,功率P随之减小,泵的效率η随之下降,最高效率点向小流量工况点偏移,泵的高效区变窄。(4)通过PIV试验手段,分析了WQ17-9-1.1型前伸式双叶片环保泵在不同流量工况(Q/Qn=0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4)及不同相位下叶轮内的相对速度流场分布,研究了轴向旋涡和低速区与流量、动静干涉、径向间隙等因素之间的关系。通过对不同径向间隙的叶轮在相同流量工况下的相对速度流场进行分析,发现径向间隙增大会使叶轮内相对速度的低速区及轴向旋涡减小,但是径向间隙过大,又会使得叶轮内的相对速度流线出现局部集中现象；通过对不同流量工况下相同径向间隙的叶轮内部相对速度流场进行分析,发现在小流量工况下叶轮的流道中部靠近叶片工作面上存在低速区及轴向旋涡,且随着流量的增大,低速区与轴向旋涡逐渐减小直至消失；通过对3种流量工况下不同相位时刻叶轮内部的相对速度流场进行分析,发现影响低速区和轴向旋涡的主要因素为流量,次要因素为径向间隙,动静干涉影响最小。(5)分别对3种典型的前伸式双叶片环保泵WQ800-40-132. WQ500-60-132及WQ700-8-30进行了水力模型优化,并进行了样机的试验研究,得到了切割叶轮前后5个不同比转速下的环保泵外特性数据,并以这些样机的数据作为样本点,首次对叶轮进口当量直径系数K0、叶轮出口直径系数KD2以及叶轮出口宽度系数Kb2进行了修正,修正后的系数更适用于比转速ns=90～300内的前伸式双叶片环保泵叶轮的优化设计,对工程实际具有重要的指导意义。
【图文】：

流经过的全部区域作为计算域，全流场一般比非全流程多出口环、前后盖板泉腔内逡逑水体，计算结果较为精确，因此，本文选取全流场计算方法进行数值模拟。逡逑如图２－４所示为各过流部件的Ｈ维模型，其中图２－４（ａ）为半螺旋形吸水室，图逡逑２－４0＞）为半螺旋形吸水室和叶轮之间的进口段水体，图２－４似为叶轮水体，图２－４（ｄ）逡逑为蜗壳水体，为使出口处流动充分发展，将蜗壳出口段水体的长度进行延伸。由于逡逑进行了邋３种不同径向间隙方案的研究，，因此对图２－４（ｃ）中的黑框部分进行局部放大，逡逑１５逡逑

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本文编号：2579351