斜流泵叶轮与空间导叶的协同优化设计研究

发布时间：2020-10-25 23:38

　　 斜流泵是一种性能和结构特征介于轴流泵和离心泵之间的水泵,又称导叶式混流泵,具有结构简单、维修拆装方便、抗空化性强及效率高等优点。叶轮和空间导叶作为斜流泵的主要部件,系统而全面的研究两者关键参数的匹配,将有助于实现斜流泵全局的协同优化设计,从而提高斜流泵整体水力性能。目前,单一研究叶轮和空间导叶主要参数的成果较多,但从两者之间的协同设计方面研究较少,叶轮和空间导叶之间的相互关系仍停留在各自优化的基础上。因此,本文对叶轮和空间导叶关键参数进行协同优化匹配设计与研究,分析相互之间的关系对斜流泵整体流场回流漩涡和空化的影响,研究确定出最佳的斜流泵叶轮和空间导叶关键参数的匹配方式,提出斜流泵协同设计理念和思路。首先分别分析叶轮和空间导叶叶片包角单一参数对斜流泵水力特性影响规律,确定两者叶片包角数值的参数选择范围。然后利用正交实验方法确定叶轮和空间导叶叶片包角的协同设计匹配25种方案,完成对随着包角组合的改变外特性基本变化规律的探究,并选取具有代表性的包角组合方案进行内部流场分析,完成空化状态下不同匹配组合模型的数值模拟分析,为深入全面探究斜流泵叶轮和空间导叶协同优化设计理念奠定基础。本文的结论如下:(1)斜流泵叶轮内部流道流场随着叶轮包角的增加越平顺,叶片表面的脱流现象也逐渐减少,回流漩涡现象逐渐减小。但当包角趋于过大至一定值时,流体与叶片表面之间的摩擦损失就会明显增大,流动又变的较为紊乱。不同空间导叶包角条件下,改变叶片包角数值,空间导叶内部流道流场变化情况和不同叶轮叶片包角条件下较为相似,两者分别存在一个最优值(φi=90°,φs=60°)使得斜流泵水力特性达到最优。(2)斜流泵以叶轮叶片包角数值为基准的横向五组方案,叶轮叶片包角数值过大和过小效率最高点分别向左右偏移;以空间导叶叶片包角为基准的纵向五组方案,五组均呈现“马鞍形”,效率最高点较为一致,但效率最高区域较窄。同时,空间导叶叶片包角的改变对空间导叶内部流场影响较大,但最终效率和扬程的外特性是叶轮和空间导叶主要部件共同作用的结果,因此在进行内因分析时需综合考量叶轮和空间导叶内部流场的变化。(3)不同组合模型空化状态多工况条件数值分析,在0.6Qd、1.0Qd和1.4Qd三种大小流量工况下,B方案组合整体比C方案组合空化较为严重,在设计工况下空泡体积分数分布情况和小流量0.6 Qd条件下的分布情况基本一致,而在大流量工况同一进口压力条件下,空泡体积分数分布情况整体比设计工况和大流量1.4Qd工况中的空化情况都严重,叶轮和空间导叶叶片包角的不同匹配对空化状态影响较大,因此在分析水力特性的基础上应该综合全面评估斜流泵系统的最优设计。(4)在一定包角范围内,叶轮叶片包角较空间导叶叶片包角对斜流泵整体效率影响更明显,因此在两者包角协同设计过程中应以叶轮叶片包角较优数值确定为基础,首先选择较优的叶轮叶片包角值,并以此为基础进行不同空间导叶叶片包角数值的分析和选择,能够减少很大工作量,又能较容易选取最佳的叶轮和空间导叶叶片包角的最优匹配设计。综上所述,本文提出的一种斜流泵关键参数叶片包角协同优化设计理念、流程及主要思路,能够快捷、准确地确定最佳包角匹配方案,有效的提高斜流泵的水力性能。
【学位单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH313
【部分图文】：

6图1.1 斜流泵结构图Fig 1.1 Structure diagram of diagonal flow pump表1.1 基本参数Tab. 1.1 Parameters of diagonal flow pump序号 参数类别 数值 单位1 额定流量Q 120 m3/h2 转速n 2900 r/min3 扬程H 10 m4 进口外径D1174 mm5 进口内径为d152 mm6 出口外径D2174 mm7 出口内径d290.7 mm8 叶轮出口宽度b219.8 mm（1）基于斜流泵叶片包角设计理论选取叶轮叶片包角 φi取 70°、80°、90°、100°、110°、120°，空间导叶叶片包角 φs取 30°、40°、50°、60°、70°、80°，分别进行叶轮叶片包角和空间导叶叶片包角的数值模拟计算，总结两者不同包角值对流场水力特性影响规律，并选出较优的取值范围。

叶轮与空间导叶协同设计理论空间导叶作为斜流泵的关键部件，对斜流泵的性能起着重要的设计过程中显得尤为重要，本章将分别从斜流泵叶轮和空间导优化以及在设计过程中遵循的原则进行总结性阐述，同时基原理，提出叶轮和空间导叶主要参数协同设计理念，不再单单，将从系统层面出发，注重参数与参数之间的关联关系和匹配泵叶轮设计理论基本参数确定

9图 2.2 斜流泵叶轮叶片示意图Fig 2.2 Schematic diagram of the impeller blade口直径为3nQK00D =流量（m3/h）；转速（r/min）；的进口尺寸系数（保证效率取 K0=4~4.25，保证效汽蚀取 K0=4.5~5.5）。
【参考文献】

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本文编号：2856136