無過載多級(jí)礦用潛水泵的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、隨著煤礦采掘業(yè)的日益發(fā)展，礦用潛水泵的需求不斷增長(zhǎng)。隨著礦井的采掘日益加深，使得對(duì)泵的揚(yáng)程要求也不斷增高，低比速高揚(yáng)程多級(jí)礦用潛水泵的市場(chǎng)越來越大。由于采掘?qū)用娴牟煌?，泵的運(yùn)行工況多變，低比速離心泵的功率特性決定了它在大流量運(yùn)行時(shí)極易因過載而燒毀電機(jī)，因此，研發(fā)全揚(yáng)程無過載多級(jí)礦用潛水泵迫在眉睫。
　　 傳統(tǒng)無過載離心泵設(shè)計(jì)方法是從葉輪著手進(jìn)行研究，采取較小的葉輪出口安放角和葉輪出口寬度，這將引起效率的降低，且不便于制造加工，對(duì)

2、于有防堵塞要求的離心泵更是難以實(shí)現(xiàn)。本文創(chuàng)新地將導(dǎo)葉與葉輪結(jié)合起來考慮，基于理論分析、數(shù)值計(jì)算和試驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，研究了進(jìn)口預(yù)旋對(duì)低比速離心泵無過載性能的影響。本文的主要研究?jī)?nèi)容及成果有:
　　 1.結(jié)合傳統(tǒng)離心泵無過載理論，基于自由旋渦理論和一元流動(dòng)假設(shè)，從歐拉公式出發(fā)，采用斯托道拉方法推導(dǎo)了有旋流動(dòng)時(shí)最大軸功率及其對(duì)應(yīng)流量的計(jì)算公式，理論上分析了有旋流動(dòng)下徑向前置導(dǎo)葉幾何參數(shù)對(duì)泵性能的影響。分析結(jié)果表明，除葉輪幾何參數(shù)外

3、，離心泵性能只與前置導(dǎo)葉的出口寬度、出口安放角和出口排擠系數(shù)有關(guān)。前置導(dǎo)葉的出口寬度、排擠系數(shù)及出口安放角三種幾何參數(shù)適當(dāng)減小，越有助于實(shí)現(xiàn)無過載性能。
　　 2.在單級(jí)離心泵上通過改變前置導(dǎo)葉幾何參數(shù)和葉輪葉片數(shù)，設(shè)計(jì)了8組方案，利用FLUENT軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，分析了預(yù)旋對(duì)該泵外特性的影響。結(jié)果表明，數(shù)值模擬結(jié)果與理論分析相一致，并驗(yàn)證了前一節(jié)推導(dǎo)出的計(jì)算公式基本上是準(zhǔn)確的，但存在著一些誤差。
　　 3.對(duì)上面的各方

4、案模擬結(jié)果進(jìn)行了內(nèi)部流動(dòng)分析，研究其內(nèi)部流場(chǎng)運(yùn)行規(guī)律，分析前置導(dǎo)葉對(duì)葉輪進(jìn)口邊前流態(tài)的影響，揭示了計(jì)算公式產(chǎn)生誤差的原因。結(jié)果表明，葉輪內(nèi)部流動(dòng)并非簡(jiǎn)單的一元流動(dòng)，而是復(fù)雜的三元流動(dòng)，自由旋渦理論在固壁區(qū)域附近可能并不完全適用。
　　 4.按照進(jìn)口有旋方法設(shè)計(jì)了多級(jí)礦用潛水泵BQS20-50×6-55/N，對(duì)所有部件計(jì)算區(qū)域采用ICEM進(jìn)行結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，利用CFX軟件進(jìn)行全流場(chǎng)數(shù)值模擬。根據(jù)不同級(jí)數(shù)、不同粗糙度、有無泄漏設(shè)計(jì)多

5、種模擬方案進(jìn)行數(shù)值模擬，探索多級(jí)礦用潛水泵數(shù)值模擬的計(jì)算方法。結(jié)果表明:在多級(jí)離心泵中，葉輪進(jìn)出口條件相同的中間級(jí)可以簡(jiǎn)化為一級(jí)進(jìn)行模擬;粗糙度增大，泵的揚(yáng)程會(huì)降低，軸功率會(huì)加，泄漏會(huì)降低泵的揚(yáng)程和效率。
　　 5.試制樣機(jī)并在清水中進(jìn)行了試驗(yàn)，并將試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明:全流場(chǎng)數(shù)值模擬能更加準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)水泵性能，有粗糙度并考慮口環(huán)和級(jí)間泄漏的模擬方案與試驗(yàn)值更為符合。該泵設(shè)計(jì)合理，滿足了無過載性能要求。