泵体叶片出口棱角切割办法的探讨和讨论

泵体叶片出口棱角切割办法的探讨和讨论 文章来源：中国切割机网

　
　　1前言消除离心泵特性曲线驼峰，一方面通过改变叶轮的几何参数，加大理论扬程曲线的倾斜程度；另一方面通过降低小流量工况下的沿程摩擦损失和冲击损失，提高关死点扬程。
　　由于前、后盖板与液体之间的摩擦，离心泵内部流场轴向压力分布不均，叶轮中心线附近压力较高，靠近盖板处压力较低。通过三角切割叶片出口边，均衡叶片出口压力，改善叶轮出口流动状态，可降低叶轮出口及蜗壳内部的局部冲击损失及水力损失。此外，叶轮前、后盖板的流线长度不等，液体在出口处获得的能量不同，三角切割叶片可阻断盖板之间的二次回流的产生。同时，隔舌处间隙增大，冲击损失降低，切割尺寸相对较小，容积泄露损失基本不变。由此可见，三角切割叶片出口边，具有降低水力损失、消除性能曲线驼峰的作用。
　　2研究方案本文以型号为Y80100的单级单吸离心泵为研究对象，叶轮主要设计参数见表2.出厂试验检测发现该泵产品性能曲线存在驼峰，为了消除驼峰，结合三角切割方法，利用CFD数值模拟和样机检测两种方法，开展了相关方面的研究。
　　表本文设计了两种研究方案，水力模型包括半螺旋吸水室、闭式叶轮和蜗壳3部分组成。方案1采用普通叶轮模型，方案2采用三角切割叶片出口边的叶轮模型，切割尺寸取4mm.两种水力模型除叶片出口边发生变化外，其他主要参数、形状、尺寸完全一致。
　　3数值模拟研究3.1数值计算方法应用Pro/ENGINEER软件对蜗壳、叶轮和吸水室3部分内流道分别进行造型，组成装配体后，导入gambit软件，以非结构4面体单元进行网格划分，对蜗壳隔舌附近区域进行加密处理。方案1的网格单元数为334436个，方案2对环形三角区域也进行了加密处理，网格单元数为408445个。
　　模拟计算选用分离求解器，假定离心泵内部流动定常。湍流模型选用RNGk-模型，近壁面采用标准壁面函数。压力和速度之间耦合算法为SMPLE算法。在差分格式中，压力项采用标准格式，速度项、湍动能项和湍流粘性系数均采用一阶迎风差分格式。叶轮旋转区域与蜗壳、吸水室静止区域之间的耦合模型，选用多参考坐标系模型（MultipleReferenceFrame）。进口边界条件为velocity-inle，t出口采用outflow，通过改变进口速度的大小来模拟离心泵在不同工况下的流场分布情况。
　　3.2计算结果分析下y0截面的静压云图。小流量下，离心泵内部流动不稳定，流量、压力出现脉动，低速区占据较大面积，液流从叶轮进口到出口流速变化剧烈，水力损失较大。
　　叶片出口边的局部变化，通过液体的粘性影响叶轮内部流场的速度、压力分布。方案2叶片出口边被三角切割，液体获得能量相对减少，动压云图中低速区面积小于方案1，速度变化相对平缓；隔舌处的静压较低，局部冲击损失降低。
　　由叶轮进口到蜗壳，静压分布呈递增变化。方案2中压力变化梯度相对平缓，前、后盖板静压基本相等，蜗壳内部压力降低，水力损失较小。
　　方案2与方案1相比，HQ曲线稳定无驼峰，设计工况点的扬程、流量、效率相差不大。
　　4试验研究为准确了解水力模型的技术指标，对两种水力模型进行了性能试验，结果如图8、9所示。
　　Q试验曲线比较试验曲线与预测曲线相比，离心泵性能参数H、随流量Q的变化趋势基本一致，试验值比预测值偏低，这是由于模拟过程中没有考虑容积损失和机械损失造成的。离心泵模型比转速ns40，属低比转速离心泵，采用加大流量设计法设计，以提高设计点效率和高效率值，因此效率曲线Q在1.5Qopt工况仍未出现下降趋势。
　　两方案在设计工况点的流量、扬程、效率均达到规定要求，但方案1的性能曲线HQ存在驼峰，对泵的安全运行不利，方案2性能曲线稳定、无驼峰。小流量工况下，三角切割叶片出口边，液体获得能量相对减少，扬程偏低；均衡内部流场压力分布，效率较高。大流量工况，在流动惯性及液体粘性的作用下，叶片出口边的局部变化对离心泵内部流动状态影响不大，扬程趋于一致、效率有所下降。
　　5三角尺寸对性能曲线的影响液体通过与旋转的叶片相互作用获得能量，三角环形切割叶片虽可消除性能曲线驼峰，但会影响离心泵的扬程和效率，因此，必须慎重选取三角切割的尺寸。分别以边长为3、4、5、6、7和8mm的正三角切割叶片，进行CFD数值模拟分析，分别计算0.8Q、1.0和1.2Qopt3种工况下扬程、效率，比较得出，45mm切割效果佳，设计工况点扬程变化不大，效率较高。
　　6结论（1）三角环形切割叶片，能够消除离心泵性能曲线的驼峰，设计工况点流量、扬程、效率变化不大，具有较好的工程应用价值；（2）小流量工况下，三角切割叶片出口边，对离心泵内部流场的压力、速度分布影响显著，有效平衡叶轮前、后盖板压差，降低叶轮出口及蜗壳内部的水力损失；（3）本文分别对6个切割尺寸进行了数值模拟分析，结果表明：切割三角形尺寸在4mm5mm范围内，泵的性能曲线驼峰消除，且扬程变化不大、效率较高。　
　

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