新型井泵正交试验研究.pdf

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1、IGM城罄／水工业通用祝耱aMinCityConso。uction＆W饥Pr，JldustrvXylem(南京)有限公司(江苏211500)常州市计量测试技术研究所(江苏214241)【摘要】井泵的效率一直是研究的重点。以150QJl20型号的井泵为研究对象，选择叶片数、出口安放角等7个因素，每个因素取3个水平，按L。。(37)正交试验方案，采用极大扬程设计法设计了1854叶轮。并以数值计算为手段，对18副叶轮在相同导叶的两级装配情况下进行了性能预测，探索了几个因素对泵效率、扬程的影响规律，并通过极差分析找到了影响

2、这些性能的主要因素和次要因素。【关键词】井泵正交试验效率数值模拟优化设计1、前言井泵广泛应用于油田、矿山、农业灌溉等领域⋯。由于其安装环境的特殊性，不仅要求其外径小、轴向尺寸短，还要求单级扬程高、效率高口’310150QJ20新型深井潜水泵结构形式如图l所示，其叶轮具有极大外径，单级扬程高，采用特殊形式设计的反导叶，可有效缩小泵的外形尺寸，对其进行优化设计来提高其效率，可解决井泵应用过程中的诸多问题。因此，本文以该型号水泵为基础，在原有导叶的基础上，利用正交优化设计手段取7个设计因素M’51，每个因素分三个水平，按

3、L。。(37)正交试验方案共设计18吾1]叶轮，并采用两级方案对各种组合进行CFD数值计算m。81，研究叶轮设计参数对井泵效率的影响，确定主次影响因素顺序，并筛选出最优水力设计方案。为新型井泵的设计提供参考。反导叶及两级装配方案如图2所示。92{然鬈然：Ⅲ年绷卢兆中王洪亮图1150QJ20型井泵结构形式1．潜水电动机2．潜水电动机轴伸3．进水节4．叶轮5．导流壳6．键7．双头螺栓8．轴套9．钢丝挡圈10．橡胶O形圈11．螺母12出水节圈1(a)两级装配图(b)反导叶图图2两级装配图及反导叶二，正交试验设计本文中研究

4、的单级叶轮水力设计参数为流量Q=20m3／h，扬程H=Ilm，转速n=2850r／min，比转速98765432臻n。=128。1．试验因素的确定本文研究中全部采用初始模型中的新型进13扭曲反导叶配合18组叶轮进行研究，正交试验主要针对叶轮部分进行。根据井泵相关知识及新型井泵的结构设计要求【81，选取下列7个参数作为本文的试验因素：芦：(出151安放角)、D：⋯(叶轮后盖板外径)、b：(出lZl宽度)、z(叶片数)、D。(叶片进口直径)、A卢．(叶片进I：1冲角)以及h(叶轮后盖板与反导叶最底端的轴向间距)，如图3

5、所示。二h—芎—一Z图3新型井泵叶轮图2．因素水平将选出的7个因素分为3个因素水平，见表l。表1因素水平表310625718I!105正交表根据因素与水平的关系和试验工作量的来做选择。该试验的总自由度胤塥峨+矗幌坼氓=1+1+1+1+1+1+1=7要求试验的次数，l≥1+fr=l+7=8。因本试验是7因素三水平，根据正交试验法相关要求，选用L。。(37)正交表。表头设计见表2。表2表头设计3．试验方案的确定表头设计完成后填到L。。(37)正交表上，因素按表头设计格式，水平按“水平对号入座”，．列出的方案见表3。表3

6、试验方案试验AlBlCIDlElFlGl：D2min一--110ram，b2=13ram、卢2=15。，Z=5，Dl=42ram，△卢l--0。，h=9．5mm。试验方案确定后，必须严格按照各号顺序做试验，不能随意改动。共做18次试验。2014年绷伽www：ety用jx鼍co_al93第6期．0UMma胁麓坩扰％厨＆透洲以舢rW冰m罄m城m引一i‘一三二一。z_一i二一三二一A淼_一峨_置一圜一F_一E_一c匝一A矗三．性能指标与因素关系趋势图将因素水平作为横坐标，以它的试验指标的平均值k．作为纵坐标，可以做出指标

7、与各因素关系的趋势图，可以很方便地从趋势图中观测出指标随因素数值变化时的变化趋势；几个因素的趋势图的纵坐标应该有相同的比例尺，根据各个因素的趋势图的平坦或陡峭程度判断因素对于效率、扬程的影响主次；图4、图5分别是泵的7个因素和额定点的单级扬程指标、效率指标的趋势图。(1)额定点单级扬程指标与因素关系分析由图4可知，随着卢：、b：、Z的增大，额定点单级扬程髓呈递增趋势，而随叶片出I：1安放角卢：的增大，额定点扬程变化趋势也非常明显，其次是Z和易：；随着D。、h的增大，H有递减的趋势；单级扬程随着D：。¨A∥．的变化，

8、曲线出现拐点。根据趋势图的陡峭程度，确定7个因素对额定点单级扬程闭驹影响主次顺序依次为声：、Z、b2、D2Inin、h、A卢1和Dl。312lI152025567f1宽度b2／mm出口角岛(。)叶片数Z图4额定点扬程一因素关系l3广—————————————15}．／＼．．．12Ll5【，——————J—．．．。．．ji．—，————i————．——J．．—