低比轉(zhuǎn)速排污泵廣泛應(yīng)用于城市排污及一些國家重大戰(zhàn)略工程。但由于傳統(tǒng)排污泵存在效率低、污物通過能力弱及容易過載等問題,嚴(yán)重制約著行業(yè)的發(fā)展。因此,本文在國家“863”計劃項目資助下,基于理論分析、數(shù)值計算與實驗研究相結(jié)合的方法,對低比轉(zhuǎn)速無過載排污泵的設(shè)計方法與內(nèi)部流場結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。本文的主要研究內(nèi)容和取得的主要創(chuàng)造性成果有： 1.通過對低比轉(zhuǎn)速離心泵的設(shè)計理論、無過載離心泵及排污泵設(shè)計方法的研究,分析并總結(jié)出影響低比轉(zhuǎn)速無過載排污泵功率曲線的關(guān)鍵因素,即葉片流道進(jìn)出口有效過流斷面面積比。通過采用收縮型流道設(shè)計方法設(shè)計排污泵葉輪,試驗表明,其效率指標(biāo)超過國家標(biāo)準(zhǔn)5個百分點,且功率曲線出現(xiàn)了明顯的極值點。 2.設(shè)計了葉片流道進(jìn)出口有效過流斷面面積比F2/F1小于1、等于1和大于1的三種排污泵葉輪。同時進(jìn)行了泵段改造與PIV試驗臺搭建。 3.采用六面體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格對全流場進(jìn)行了非定常數(shù)值計算,研究了不同面積比葉輪對外特性、內(nèi)部流場結(jié)構(gòu)及壓力脈動的影響。結(jié)果表明只有采用收縮型流道設(shè)計的葉輪取得了較好的無過載特性,但由于葉片出口排擠系數(shù)大,造成蝸殼內(nèi)部壓力脈動較大。 4.外特性實驗與PIV內(nèi)部流場測試結(jié)果與CFD數(shù)值計算結(jié)果較為吻合。在不同葉輪與蝸殼匹配情況下,對設(shè)計工況附近葉輪內(nèi)部速度分布、出口流動形式與內(nèi)部脫流及旋渦做了系統(tǒng)的研究,并對蝸殼不同斷面與隔舌附近的流場進(jìn)行了詳細(xì)闡述。同時,還對不同葉輪在極小流量下葉輪流道內(nèi)旋渦的形成過程與成因進(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)計提供了參考。 5.針對采用收縮型流道設(shè)計的葉輪加劇蝸殼內(nèi)部壓力脈動問題,設(shè)計了三種不同基圓直徑的蝸殼,并進(jìn)行了數(shù)值計算與PIV實驗研究。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,當(dāng)基圓增加到一定程度以后,對壓力脈動的影響很小,但能夠增加蝸殼第九斷面附近流動的均勻性與穩(wěn)定性。 6.在不同葉片出口安放角下,分別設(shè)計了五種葉片流道進(jìn)出口有效過流斷面面積比葉輪,在排除蝸殼影響的情況下,采用相同計算方法進(jìn)行了數(shù)值模擬,對其外特性進(jìn)行統(tǒng)計,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)出口有效過流斷面面積比對泵功率曲線的影響趨勢,為無過載排污泵的設(shè)計提供了參考依據(jù)。 7.根據(jù)研究結(jié)果重新設(shè)計了兩臺不同設(shè)計參數(shù)的樣機,并對其進(jìn)行外特性實驗,結(jié)果兩臺樣機都出現(xiàn)明顯的功率極值點,驗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,通過調(diào)整葉片的厚度來控制F2/F1比值的低比轉(zhuǎn)速無過載排污泵葉輪設(shè)計方法,不僅簡化了設(shè)計,而且具有較優(yōu)的水力性能,對工程實際具有重要的指導(dǎo)意義。

 

潛水排污泵來說zui關(guān)鍵的問題是可靠性問題,因為排污泵的使用場合是在液下;輸送的介質(zhì)是一些含有固體物料的混合液體;泵與電機靠得很近;泵為立式布置,轉(zhuǎn)動部件重量與葉輪承受水壓力同向。

 

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