低比轉(zhuǎn)速排污泵廣泛應(yīng)用于城市排污及一些國(guó)家重大戰(zhàn)略工程。但由于傳統(tǒng)排污泵存在效率低、污物通過(guò)能力弱及容易過(guò)載等問(wèn)題,嚴(yán)重制約著行業(yè)的發(fā)展。因此,本文在國(guó)家“863”計(jì)劃項(xiàng)目資助下,基于理論分析、數(shù)值計(jì)算與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法,對(duì)低比轉(zhuǎn)速無(wú)過(guò)載排污泵的設(shè)計(jì)方法與內(nèi)部流場(chǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。本文的主要研究?jī)?nèi)容和取得的主要?jiǎng)?chuàng)造性成果有： 1.通過(guò)對(duì)低比轉(zhuǎn)速離心泵的設(shè)計(jì)理論、無(wú)過(guò)載離心泵及排污泵設(shè)計(jì)方法的研究,分析并總結(jié)出影響低比轉(zhuǎn)速無(wú)過(guò)載排污泵功率曲線的關(guān)鍵因素,即葉片流道進(jìn)出口有效過(guò)流斷面面積比。通過(guò)采用收縮型流道設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)排污泵葉輪,試驗(yàn)表明,其效率指標(biāo)超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)5個(gè)百分點(diǎn),且功率曲線出現(xiàn)了明顯的極值點(diǎn)。 2.設(shè)計(jì)了葉片流道進(jìn)出口有效過(guò)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(shí)進(jìn)行了泵段改造與PIV試驗(yàn)臺(tái)搭建。 3.采用六面體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格對(duì)全流場(chǎng)進(jìn)行了非定常數(shù)值計(jì)算,研究了不同面積比葉輪對(duì)外特性、內(nèi)部流場(chǎng)結(jié)構(gòu)及壓力脈動(dòng)的影響。結(jié)果表明只有采用收縮型流道設(shè)計(jì)的葉輪取得了較好的無(wú)過(guò)載特性,但由于葉片出口排擠系數(shù)大,造成蝸殼內(nèi)部壓力脈動(dòng)較大。 4.外特性實(shí)驗(yàn)與PIV內(nèi)部流場(chǎng)測(cè)試結(jié)果與CFD數(shù)值計(jì)算結(jié)果較為吻合。在不同葉輪與蝸殼匹配情況下,對(duì)設(shè)計(jì)工況附近葉輪內(nèi)部速度分布、出口流動(dòng)形式與內(nèi)部脫流及旋渦做了系統(tǒng)的研究,并對(duì)蝸殼不同斷面與隔舌附近的流場(chǎng)進(jìn)行了詳細(xì)闡述。同時(shí),還對(duì)不同葉輪在極小流量下葉輪流道內(nèi)旋渦的形成過(guò)程與成因進(jìn)行了探討。研究結(jié)果為排污泵的理論分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了參考。 5.針對(duì)采用收縮型流道設(shè)計(jì)的葉輪加劇蝸殼內(nèi)部壓力脈動(dòng)問(wèn)題,設(shè)計(jì)了三種不同基圓直徑的蝸殼,并進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算與PIV實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明,基圓適當(dāng)增加有利于減小其內(nèi)部壓力脈動(dòng),當(dāng)基圓增加到一定程度以后,對(duì)壓力脈動(dòng)的影響很小,但能夠增加蝸殼第九斷面附近流動(dòng)的均勻性與穩(wěn)定性。 6.在不同葉片出口安放角下,分別設(shè)計(jì)了五種葉片流道進(jìn)出口有效過(guò)流斷面面積比葉輪,在排除蝸殼影響的情況下,采用相同計(jì)算方法進(jìn)行了數(shù)值模擬,對(duì)其外特性進(jìn)行統(tǒng)計(jì),并繪制成相應(yīng)圖表,形象地給出了葉片出口安放角及進(jìn)出口有效過(guò)流斷面面積比對(duì)泵功率曲線的影響趨勢(shì),為無(wú)過(guò)載排污泵的設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。 7.根據(jù)研究結(jié)果重新設(shè)計(jì)了兩臺(tái)不同設(shè)計(jì)參數(shù)的樣機(jī),并對(duì)其進(jìn)行外特性實(shí)驗(yàn),結(jié)果兩臺(tái)樣機(jī)都出現(xiàn)明顯的功率極值點(diǎn),驗(yàn)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(guò)調(diào)整葉片的厚度來(lái)控制F2/F1比值的低比轉(zhuǎn)速無(wú)過(guò)載排污泵葉輪設(shè)計(jì)方法,不僅簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì),而且具有較優(yōu)的水力性能,對(duì)工程實(shí)際具有重要的指導(dǎo)意義。

 

潛水排污泵來(lái)說(shuō)zui關(guān)鍵的問(wèn)題是可靠性問(wèn)題,因?yàn)榕盼郾玫氖褂脠?chǎng)合是在液下;輸送的介質(zhì)是一些含有固體物料的混合液體;泵與電機(jī)靠得很近;泵為立式布置,轉(zhuǎn)動(dòng)部件重量與葉輪承受水壓力同向。

 

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