低比轉速無過載排污泵優化設計及實驗研究

低比轉速排污泵廣泛應用于城市排污及一些國家重大戰略工程。但由于傳統排污泵存在效率低、污物通過能力弱及容易過載等問題,嚴重制約著行業的發展。因此,本文在國家“863”計劃項目資助下,基于理論分析、數值計算與實驗研究相結合的方法,對低比轉速無過載排污泵的設計方法與內部流場結構進行了系統的研究。本文的主要研究內容和取得的主要創造性成果有： 1.通過對低比轉速離心泵的設計理論、無過載離心泵及排污泵設計方法的研究,分析并總結出影響低比轉速無過載排污泵功率曲線的關鍵因素,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計方法設計排污泵葉輪,試驗表明,其效率指標超過國家標準5個百分點,且功率曲線出現了明顯的極值點。 2.設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.采用六面體結構化網格對全流場進行了非定常數值計算,研究了不同面積比葉輪對外特性、內部流場結構及壓力脈動的影響。結果表明只有采用收縮型流道設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大,造成蝸殼內部壓力脈動較大。 4.外特性實驗與PIV內部流場測試結果與CFD數值計算結果較為吻合。在不同葉輪與蝸殼匹配情況下,對設計工況附近葉輪內部速度分布、出口流動形式與內部脫流及旋渦做了系統的研究,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旋渦的形成過程與成因進行了探討。研究結果為排污泵的理論分析及優化設計提供了參考。 5.針對采用收縮型流道設計的葉輪加劇蝸殼內部壓力脈動問題,設計了三種不同基圓直徑的蝸殼,并進行了數值計算與PIV實驗研究。結果表明,基圓適當增加有利于減小其內部壓力脈動,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定性。 6.在不同葉片出口安放角下,分別設計了五種葉片流道進出口有效過流斷面面積比葉輪,在排除蝸殼影響的情況下,采用相同計算方法進行了數值模擬,對其外特性進行統計,并繪制成相應圖表,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計提供了參考依據。 7.根據研究結果重新設計了兩臺不同設計參數的樣機,并對其進行外特性實驗,結果兩臺樣機都出現明顯的功率極值點,驗證了研究成果的正確性及適用性。 8.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兩邊等距離的加厚方式,通過調整葉片的厚度來控制F2/F1比值的低比轉速無過載排污泵葉輪設計方法,不僅簡化了設計,而且具有較優的水力性能,對工程實際具有重要的指導意義。

 

潛水排污泵來說zui關鍵的問題是可靠性問題,因為排污泵的使用場合是在液下;輸送的介質是一些含有固體物料的混合液體;泵與電機靠得很近;泵為立式布置,轉動部件重量與葉輪承受水壓力同向。

 

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