潜水式贯流泵水力性能数值分析及结构优化设计.pdf

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1、第40卷第2期化工机械223潜水式贯流泵水力性能数值分析及结构优化设计+黄访平”1林鹏2杨爱玲3王振伟2燕浩2(1．镇江市水业总公司；2．江苏大学流体机械工程技术研究中心；3．江苏国泉泵业制造有限公司)摘要针对同一叶轮、不同导叶形式的潜水式贯流泵进行了数值计算，分析各导叶形式对贯流泵水力性能的影响，对不同导叶形式的贯流泵流场流动进行了分析，并提出3种贯流泵结构的优化设计方案，得出在导叶出口处接一小段扩散管能够达到收集能量的目的，贯流泵装置的性能有明显的提高。关键词贯流泵水力性能数值计算优化设计中围分类号TQ051．2l文献标识码A文

2、章编号0254-6094(2013)02-0223-04潜水式贯流泵是流体沿水平经过进水管道、潜水式贯流泵体、电机、中间装置与出水管道应用于低扬程场合的一种经济型泵。近年来，随着国家对水利投入力度加大，一批城市防洪工程、大江大河的排涝工程、大型引调水工程，都要兴建大批低扬程、大流量的泵站。因此，潜水式贯流泵的开发研究具有广阔的前景。近年来，国内外许多学者对贯流泵结构及装置方面做了大量的工作¨q1，但对导叶特性研究较少，只有少量文献涉及叶轮导叶的布置形式¨。。而国内针对同一叶轮的不同导叶结构及布置形式的研究较少，因此，采用数值仿真模拟

3、对不同导叶结构形式引起的潜水式贯流泵内部流场进行深入的研究，观察导叶的不同布置方案对流场的影响，并进一步预测对贯流泵性能的影响。这对潜水式贯流泵的优化设计及安全高效运行研究具有重要的意义。1贯流泵设计模型1．1叶轮模型叶轮模型设计参数为：流量800ra3／h，扬程5m，比转速n。=800。依据设计参数设计出来的叶轮三维模型如图1所示，叶轮为三叶片，其转速为1450f／rain。图l叶轮模型1．2叶轮、导叶布置形式数值计算模型采用同一设计叶轮，叶轮出水流道处采用3种不同的导流形式：无导叶、直导叶和弯导叶。叶轮与导叶的三维模型如图2所示

4、。尢导h“导11ft：0呼”图2叶轮导叶布置形式+国家科技型中小企业创新基金项目(08C26213200647)。¨黄访平，男，1971年lO月生，工程师。江苏省镇江市，212000。224化工机械2013年1．3贯流泵装置计算模型计算区域包括了进、出水流道、叶轮、导叶等复杂过流部件，计算区域大、结构复杂、空间曲面多，既有旋转流场，也有非旋转流场。所以把整个计算体分为动坐标区和静坐标区，动坐标区和静坐标区之间的相互干涉采用滑动耦合(Sliding)方法处理。贯流泵装置计算模型采用非结构化网格，网格总数约为170万。2数值模拟计算方法

5、为研究贯流泵的水力性能，探讨导叶形状及导叶布置形式对贯流泵装置运行水力性能的影响，应用Fluent软件的三维不可压湍流Navier．Stokes方程、Realizable两方程湍流模型、壁面函数方法及叶轮与导叶间动静区域耦合的滑移网格技术，进行贯流泵装置的内部流动和性能预测数值模拟研究H1。以泵装置整体作为数值模拟计算体(包括进、出流道和泵段复杂的过流部件)进行数值模拟计算。泵装置的进、出口为数值模拟计算的进、出流边界。进13边界条件取为速度进口，进口流动方向垂直于进13面，进口紊动能取为进口平均动能的0．5％，紊动能耗散率根据紊动

6、能和进口特征长度计算；出口边界为自由出流，根据运行工况的流量给定进口速度大小，扬程由泵段性能及流道条件决定。3数值模拟计算结果及分析3．1导叶形式对贯流泵装置水力性能的影响在相同叶轮、相同流道及不同导叶结构下，对贯流泵装置模型的水力性能进行数值模拟计算，数值计算结果见表1。表1导叶形式对泵装置水力性能的影响从表1可知，无导叶潜水式贯流泵有效扬程为5．01m，大于设计扬程，效率为64．47％；直导叶潜水式贯流泵扬程为4．81in，略小于设计扬程，效率为66．28％；弯导叶潜水式贯流泵扬程为5．12m，与设计扬程接近，效率为68．81％

7、。由以上数据可以得到，不同类型的导叶对效率、扬程均有影响。相比3种导叶形式，可知弯导叶贯流泵具有较好且稳定的水力性能。3．2导叶形式对贯流泵装置内部流场的影响为进一步分析导叶形式对潜水式贯流泵水力性能的影响，观察不同导叶形式贯流泵装置流场的流动情况，流场速度流线图如图3所示。从图3中可以看到，进口速度流线沿水平进入叶轮内部，由于叶轮的旋转改变了流体的方向。在图3a中可以看出，流体沿旋转的方向绕过电机体，在电机尾部有明显的漩涡，出口流道中速度流线分布不均匀，说明流道中能量损失较大。图3b中流体经过叶轮后进入直导叶内，改变了水体流动的方

8、向，而在导叶进口位置速度流线改变幅度较大，产生小部分回流现象，速度流线基本沿水平方向流经电机体，电机尾部有轻微的漩涡，出口流道中速度流线分布基本均匀，但仍有少量波动，这说明此种结构相比无导叶结构减小了一部分的能量损失，但仍然有不少的能