低比轉(zhuǎn)速無過載排污泵優(yōu)化設(shè)計及實驗研究.pdf

1、低比轉(zhuǎn)速排污泵廣泛應(yīng)用于城市排污及一些國家重大戰(zhàn)略工程。但由于傳統(tǒng)排污泵存在效率低、污物通過能力弱及容易過載等問題，嚴重制約著行業(yè)的發(fā)展。因此，本文在國家“863”計劃項目資助下，基于理論分析、數(shù)值計算與實驗研究相結(jié)合的方法，對低比轉(zhuǎn)速無過載排污泵的設(shè)計方法與內(nèi)部流場結(jié)構(gòu)進行了系統(tǒng)的研究。本文的主要研究內(nèi)容和取得的主要創(chuàng)造性成果有:
　　 1.通過對低比轉(zhuǎn)速離心泵的設(shè)計理論、無過載離心泵及排污泵設(shè)計方法的研究，首次分析并總結(jié)出影

2、響低比轉(zhuǎn)速無過載排污泵功率曲線的關(guān)鍵因素，即葉片流道進出口有效過流斷面面積比。通過采用收縮型流道設(shè)計方法設(shè)計排污泵葉輪，試驗表明，其效率指標超過國家標準5個百分點，且功率曲線出現(xiàn)了明顯的極值點。
　　 2.設(shè)計了葉片流道進出口有效過流斷面面積比F2/F1小于1、等于1和大于1的三種排污泵葉輪。同時進行了泵段改造與PIV試驗臺搭建。
　　 3.采用六面體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格對全流場進行了非定常數(shù)值計算，研究了不同面積比葉輪對外特性、

3、內(nèi)部流場結(jié)構(gòu)及壓力脈動的影響。結(jié)果表明只有采用收縮型流道設(shè)計的葉輪取得了較好的無過載特性，但由于葉片出口排擠系數(shù)大，造成蝸殼內(nèi)部壓力脈動較大。
　　 4.外特性實驗與PIV內(nèi)部流場測試結(jié)果與CFD數(shù)值計算結(jié)果較為吻合。在不同葉輪與蝸殼匹配情況下，對設(shè)計工況附近葉輪內(nèi)部速度分布、出口流動形式與內(nèi)部脫流及旋渦做了系統(tǒng)的研究，并對蝸殼不同斷面與隔舌附近的流場進行了詳細闡述。同時，還對不同葉輪在極小流量下葉輪流道內(nèi)旋渦的形成過程與成因進

4、行了探討。研究結(jié)果為排污泵的理論分析及優(yōu)化設(shè)計提供了參考。
　　 5.針對采用收縮型流道設(shè)計的葉輪加劇蝸殼內(nèi)部壓力脈動問題，設(shè)計了三種不同基圓直徑的蝸殼，并進行了數(shù)值計算與PIV實驗研究。結(jié)果表明，基圓適當增加有利于減小其內(nèi)部壓力脈動，當基圓增加到一定程度以后，對壓力脈動的影響很小，但能夠增加蝸殼第九斷面附近流動的均勻性與穩(wěn)定性。
　　 6.在不同葉片出口安放角下，分別設(shè)計了五種葉片流道進出口有效過流斷面面積比葉輪，在排

5、除蝸殼影響的情況下，采用相同計算方法進行了數(shù)值模擬，對其外特性進行統(tǒng)計，并繪制成相應(yīng)圖表，形象地給出了葉片出口安放角及進出口有效過流斷面面積比對泵功率曲線的影響趨勢，為無過載排污泵的設(shè)計提供了參考依據(jù)。
　　 7.根據(jù)研究結(jié)果重新設(shè)計了兩臺不同設(shè)計參數(shù)的樣機，并對其進行外特性實驗，結(jié)果兩臺樣機都出現(xiàn)明顯的功率極值點，驗證了研究成果的正確性及適用性。
　　 8.首次提出先確定子午面視圖，再確定葉片骨線，并以葉片骨線為中心向