叶片厚度对轴流泵性能影响及内部流场分析.pdf

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1、第28卷第18期农业工程学报2012年9月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringV

2、01.28No.18Sep.201275叶片厚度对轴流泵性能影响及内部流场分析沙毅1,侯丽艳2(1.浙江科技学院机械与汽车工程学院,杭州310023;2.烟台冰轮股份有限公司,烟台264000)摘要:为研究叶片厚度对轴流泵性能影响及其内部流场变化规律,该文采用圆弧法和流线法进行比转速550、转速2900r/min的QY90—4.4—1.5型潜水轴流泵水力模型设计,完成产品开发及样机型式试验。通过加厚叶轮叶片进行对比试验,阐明泵流

3、量一扬程、流量一轴功率和流量一效率曲线产生差别的原因。采用计算流体动力学(CFD)方法进行叶片厚度对流场影响的数值计算,得到最优工况叶片表面相对速度分布和不同工况叶片表面静压分布。经过分析,阐明薄叶片总体性能优于厚叶片,但抗汽蚀性能可能劣于厚叶片。厚叶片翼型脱流、叶片进出口出现回流及二次流情况更为严重,水力损失较大,是泵效率等性能参数偏低的主要原因。关键词:水力模型,流场,流量,轴流泵,叶片厚度,性能试验,计算流体动力学doi:10.3969/j.issn.1002—6819.2012.18.012中图分类号:TH312文献标志码:A文章编号:1002—6819(2012)一18—0

4、075—07沙毅,侯丽艳.叶片厚度对轴流泵性能影响及内部流场分析[J】.农业工程学报,2012,28(18):75—81.ShaYi,HouLiyan.Effectsofbladethicknessonperformanceofaxialflowpumpandanalysisofinternalflowfield[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineenng(TransactionsoftheCSAE),2012,28(18):75--81.(inChinesewithEnglishabstract)0引言轴流泵

5、叶轮和导叶叶片水力设计一般是首先计算出叶型的骨线,骨线原则上与液流流线重合⋯。而实际的叶片是有厚度的,这就要在骨线上加厚绘制出真实的叶片几何形状,造成真实流线与骨线偏差。这个问题比较直观,却往往被忽略,相关研究也鲜见报道。在进行大型轴流泵站建设过程中,一般模型泵叶片用铜质合金制作,叶片做得较薄,得到了较好的性能。而实型泵叶片用铸铁或铸钢制造,叶片厚度由相似换算确定,往往比较厚。而且实型泵大多难以现场精确测试,其性能曲线由模型泵相似换算得到,其中厚叶片的真实性能就不得而知了。为此本文开发QY90-4.4—1.5轴流式潜水电泵[2-3],为提高泵性能,从CFD轴流泵性能预测、轴流泵变转速

6、性能等方面展开研究H。5J,其中之一就是进行叶片厚度对泵性能影响的试验研究。为了追根溯源找到理论根据,又开展了内部流场计算流体力学(CFD)数值计算的研究。在相关研究方面,汤方平、朱亮【6‘7】通过CFD方法结合试验在轴流泵设计,叶片厚度、叶片角度、收稿日期:2011.12—06修订日期:2012.08.24基金项目;浙江省自然科学基金资助项目(Y1110468)作者简介:沙毅(1961一),男,山西介休人,研究员。主要从事流体机械理论和设计研究。杭州浙江科技学院机械与汽车工程学院,310023。Emaii:shayiOl@sina.com叶片数变化及轮毂形状对泵性能的影响等方面进行

7、了研究。王福军、王海松峭J在轴流泵三维建模和内部流场数值模拟方面取得了一定的进展。为本研究的顺利展开提供了一定的基础。由于QY型潜水电泵呈上泵式结构,与立式倒灌轴流泵处于基本相同的工作状态,故研究结果具有一定的普遍性。1模型泵水力设计本文运用圆弧薄翼型叶栅法完成叶轮水力设计p‘1⋯,设计和翼型水力计算几何参数如表l和图1。轮毂和叶片外缘之间选取6个圆柱截面。进水边和出水边之间共选取29个轴截面;用流线法进行导叶水力计算【l¨,结果如表2和图2。轮毂和轮缘之间选取6个圆柱截面。进水和出水边之间14个轴截面。2叶片厚度对泵性能影响试验2.1模型泵型式试验本文在测功机和开式水泵试验台,按照

8、GB/T12785-2002(潜水电泵试验方法)完成泵型式试验。试验数据和性能曲线如表3和图3中薄叶轮。2.2模型泵叶片加厚性能试验在保持翼型骨线不变情况下,将原翼型在工作面和背面均匀加厚1.50mm。加厚后翼型最大厚度如表4中此。。。加厚叶片试验数据和性能曲线如表5和图3中加厚叶轮。76农业工程学报2012笠表1轴流泵设计参数和叶轮水力几何参数Table1Designparametersofaxialflowpumpandhydraulicgeometr

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