高效無過載潛水排污泵水力優(yōu)化設(shè)計(jì)及內(nèi)部流動穩(wěn)定性研究.pdf

1、潛水排污泵是電動機(jī)與水泵合一的排污設(shè)備,在防洪排澇、城市排污等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)潛水排污泵在高揚(yáng)程、遠(yuǎn)距離排放場合,長期以來一直以多級泵或多級泵站來解決,但泵站建站成本較高,使用維護(hù)不便,而且在排澇過程中,通常還需要潛水排污泵有一定的污物通過能力,這樣更增加了遠(yuǎn)距離(高揚(yáng)程)輸送的難度。
　　 為實(shí)現(xiàn)潛水排污泵高效率、高揚(yáng)程、無過載性能及高通過能力的統(tǒng)一,借鑒以往低比轉(zhuǎn)速潛水排污泵設(shè)計(jì)的研究成果,在國家“863”計(jì)劃、江蘇

2、高等學(xué)校優(yōu)秀科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)計(jì)劃項(xiàng)目的資助下,本文基于CFD多方案優(yōu)化設(shè)計(jì)的高揚(yáng)程無過載潛水排污泵,經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證達(dá)到設(shè)計(jì)要求,同時對新型三通道式潛水排污泵的內(nèi)部流動穩(wěn)定性做了初步探討,本文的主要研究內(nèi)容和取得的主要研究成果有:
　　 1.簡要總結(jié)了低比轉(zhuǎn)速無過載潛水排污泵的研究現(xiàn)狀。
　　 2.本文對WQS150-48-45型低比轉(zhuǎn)速潛水排污泵采用不同設(shè)計(jì)方法,經(jīng)優(yōu)化得出3組方案。應(yīng)用Pro／E軟件建模,結(jié)合Fluent軟件對

3、3組方案進(jìn)行了多工況內(nèi)部流場分析和性能預(yù)測,并與外特性試驗(yàn)結(jié)果對比。研究結(jié)果表明:
　　 (1)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案1綜合考慮葉片出口角和包角的變化,經(jīng)分析定常數(shù)值計(jì)算的靜壓分布、相對速度分布、湍動能分布和外特性預(yù)測曲線,得到出口角對效率的影響較大,當(dāng)出口角β2為20°時效率最高。通過試驗(yàn)驗(yàn)證,揚(yáng)程、效率均達(dá)到設(shè)計(jì)要求,但無過載性能較差。
　　 (2)依據(jù)無過載理論設(shè)計(jì)的方案2,通過分析定常數(shù)值計(jì)算結(jié)果,采用小出口角、多圓柱葉片

4、來控制流道內(nèi)流動,提高揚(yáng)程。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證,揚(yáng)程、效率均達(dá)到設(shè)計(jì)要求,且有較好的無過載特性,但抗纏繞能力較差。
　　 (3)突破傳統(tǒng)潛水排污泵葉輪設(shè)計(jì)方法的方案3,通過極端加厚葉片來控制流動的新型通道式葉輪達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,顆粒通過性能更好。
　　 3.采用滑移網(wǎng)格技術(shù),通過非定常計(jì)算分析不同蝸殼基圓直徑的通道式潛水排污泵的靜壓分布、壓力脈動時域和頻域,表明葉輪掃過蝸殼隔舌的一個周期內(nèi),隔舌附近的壓力脈動劇烈,且當(dāng)葉輪出口正對

5、蝸殼隔舌處時,隔舌附近靜壓梯度陡增；蝸殼流道內(nèi)離隔舌位置越近處,靜壓波動越劇烈；小流量工況下,動靜干涉作用對其隔舌附近壓力脈動的影響較小。新型通道式潛水排污泵蝸殼的設(shè)計(jì)與一般蝸殼應(yīng)有所區(qū)別,應(yīng)合理適當(dāng)增大基圓直徑D3,便于大顆粒和長纖維順利通過。基圓直徑過小,與葉輪外徑間隙過小,會導(dǎo)致流動狀態(tài)惡化；基圓直徑過大,對流動的影響不大,但增加制造運(yùn)行成本。
　　 4.通過對比優(yōu)選方案3的定常計(jì)算、非定常計(jì)算外特性預(yù)測值和試驗(yàn)值,得出結(jié)

6、論:在本設(shè)計(jì)中定常、非定常計(jì)算預(yù)測的外特性曲線與試驗(yàn)曲線變化趨勢一致,但存在不同程度的偏差,非定常計(jì)算的偏差較小。主要因?yàn)槭遣捎梅侨鲌鲇?jì)算,機(jī)械效率與容積效率均為估算值,本身存在一定誤差。非定常計(jì)算成本較高,在優(yōu)化設(shè)計(jì)時采用定常計(jì)算即可,非定常計(jì)算能更好地反映泵內(nèi)部流動。
　　 綜合內(nèi)部流動分析和外特性試驗(yàn),突破傳統(tǒng)離心泵設(shè)計(jì)方法的新型通道式葉輪高效區(qū)范圍更寬,揚(yáng)程曲線陡降,無過載性能較好,可為高效無過載潛水排污泵的進(jìn)一步優(yōu)化