單伸式雙葉片環(huán)保泵優(yōu)化設(shè)計及內(nèi)部流場PIV試驗研究.pdf

1、前伸式雙葉片環(huán)保泵屬新型高效無堵塞泵，效率高，污物通過能力強。由于該類型的無堵塞葉輪形狀特殊，應(yīng)用廣泛，因此在國內(nèi)外成為了環(huán)保泵研究的熱點和難點。目前，除瑞典飛力公司、美國Vaughan公司等生產(chǎn)具有切碎與攪拌等功能的特種潛水排污泵即潛水切碎泵以外，國內(nèi)還沒有企業(yè)研究與生產(chǎn)潛水切碎泵。同時，國內(nèi)的多功能清淤切割排污裝置、新型渦旋前伸式無堵塞泵等特種環(huán)保用泵產(chǎn)品也尚處于研究和試制階段，尚未形成生產(chǎn)規(guī)模，產(chǎn)品的可靠性也有待進一步的提高。

2、r>　　本文在國家科技支撐計劃項目“高效環(huán)保用泵關(guān)鍵技術(shù)研究及工程應(yīng)用（項目編號:2011BAF14B01）等的資助下完成?；诶碚摲治觥?shù)值模擬和實驗研究相結(jié)合的方法，對WQ800-40-132型前伸式雙葉片環(huán)保泵樣機進行了水力設(shè)計并優(yōu)化，完善了此類高效無堵塞環(huán)保泵的設(shè)計方法，并對葉輪的前緣后掠角進行深入研究，探究其對泵水力性能的影響;設(shè)計了低比轉(zhuǎn)速WQ17-9-1.1型前伸式雙葉片環(huán)保泵，采用PIV技術(shù)對其進行內(nèi)部速度場測量，并在理

3、論分析、數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，基于三維流場分析，研究前伸式雙葉片環(huán)保泵的性能預測方法。研究的主要內(nèi)容及取得的成果如下:
　　(1)以WQ800-40-132型前伸式雙葉片環(huán)保泵作為研究對象，主要對葉輪進行優(yōu)化，選擇了其葉輪進口直徑Dj、葉輪外徑D2、葉片出口安放角β2b、葉片包角θ四個幾何因素，第一階段選用L9(34)正交表進行正交設(shè)計，設(shè)計出9副葉輪，對葉輪、蝸殼在內(nèi)的前伸式雙葉片環(huán)保泵進行數(shù)值模擬，獲得9組設(shè)計方案額定點的效率、揚

4、程及功率，應(yīng)用極差分析與多指標綜合平衡法選出泵設(shè)計的最佳參數(shù);第二階段將二次回歸通用旋轉(zhuǎn)設(shè)計安排在正交組合法所確定的最佳條件附近，得到30組設(shè)計方案，采用CFD進行計算，分析結(jié)果以建立效率與各因素的定量關(guān)系，再通過響應(yīng)面法精確得出泵的最佳設(shè)計條件。結(jié)果發(fā)現(xiàn):在給定范圍內(nèi)，對泵效率影響的主次順序為β2b＞D2＞θ＞Dj;對于中高比轉(zhuǎn)速的前伸式雙葉片環(huán)保泵，其葉片出口安放角應(yīng)取β2b=15°～25°。
　　(2)以WQ800-40-1

5、32型前伸式雙葉片環(huán)保泵為研究對象，針對其前緣后掠角這一主要幾何參數(shù)，設(shè)計了4種前緣后掠角分別為60°、100°、140°、180°的前伸式雙葉片環(huán)保泵葉輪模型。從泵的外特性分析了前緣后掠角對泵整機性能的影響規(guī)律，結(jié)果發(fā)現(xiàn):隨著前緣后掠角的增加，大流量工況下?lián)P程上升，泵所需軸功率增大，最高效率點向大流量工況方向偏移;從泵的內(nèi)部流場分析了前緣后掠角對進口流場的影響規(guī)律，結(jié)果發(fā)現(xiàn):隨著前緣后掠角增大，進口外周邊的葉片工作面處出現(xiàn)回流，并在前

6、緣上方形成旋渦，存在較大水力損失。通過數(shù)值模擬結(jié)果與樣機的試驗結(jié)果對比，發(fā)現(xiàn)模擬結(jié)果準確、可用，研究結(jié)果對前伸式雙葉片環(huán)保泵的優(yōu)化設(shè)計具有較好的參考價值。
　　(3)為了采用PIV技術(shù)研究前伸式雙葉片環(huán)保泵的內(nèi)部流場，設(shè)計了WQ17-9-1.1型前伸式雙葉片環(huán)保泵，通過外特性試驗，得到外特性曲線，在流量Q為21.1m3/h時，其效率η最高，為61.9％，對應(yīng)的揚程H為8.2m。此后采用PIV試驗手段，分析了泵在不同流量工況(Q/Q

7、n=0.4、0.6、0.8、1、1.2、1.4、1.6)下葉輪內(nèi)的相對速度流場分布，研究了軸向旋渦和低速區(qū)隨流量變化時的形態(tài)特性以及變化機理，發(fā)現(xiàn)在流道中部靠近葉片工作面上存在低速區(qū)及軸向旋渦，且隨著流量的增大，低速區(qū)與軸向旋渦逐漸減小;分析了在流量Q/Qn=0.6時葉輪和蝸殼不同相對位置時的相對速度流場，研究了葉輪和蝸殼之間的干涉作用對軸向旋渦的影響，發(fā)現(xiàn)當軸向旋渦經(jīng)過蝸殼的隔舌時，其與葉輪之間的干涉作用使得軸向旋渦向下游偏移。采用不