單伸式雙葉片環(huán)保泵優(yōu)化設(shè)計(jì)及內(nèi)部流場(chǎng)PIV試驗(yàn)研究.pdf

1、前伸式雙葉片環(huán)保泵屬新型高效無(wú)堵塞泵，效率高，污物通過(guò)能力強(qiáng)。由于該類型的無(wú)堵塞葉輪形狀特殊，應(yīng)用廣泛，因此在國(guó)內(nèi)外成為了環(huán)保泵研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。目前，除瑞典飛力公司、美國(guó)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(guó)內(nèi)還沒有企業(yè)研究與生產(chǎn)潛水切碎泵。同時(shí)，國(guó)內(nèi)的多功能清淤切割排污裝置、新型渦旋前伸式無(wú)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(jìn)一步的提高。

2、r>　　本文在國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“高效環(huán)保用泵關(guān)鍵技術(shù)研究及工程應(yīng)用（項(xiàng)目編號(hào):2011BAF14B01）等的資助下完成?；诶碚摲治觥?shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，對(duì)WQ800-40-132型前伸式雙葉片環(huán)保泵樣機(jī)進(jìn)行了水力設(shè)計(jì)并優(yōu)化，完善了此類高效無(wú)堵塞環(huán)保泵的設(shè)計(jì)方法，并對(duì)葉輪的前緣后掠角進(jìn)行深入研究，探究其對(duì)泵水力性能的影響;設(shè)計(jì)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(duì)其進(jìn)行內(nèi)部速度場(chǎng)測(cè)量，并在理

3、論分析、數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，基于三維流場(chǎng)分析，研究前伸式雙葉片環(huán)保泵的性能預(yù)測(cè)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(duì)象，主要對(duì)葉輪進(jìn)行優(yōu)化，選擇了其葉輪進(jìn)口直徑Dj、葉輪外徑D2、葉片出口安放角β2b、葉片包角θ四個(gè)幾何因素，第一階段選用L9(34)正交表進(jìn)行正交設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出9副葉輪，對(duì)葉輪、蝸殼在內(nèi)的前伸式雙葉片環(huán)保泵進(jìn)行數(shù)值模擬，獲得9組設(shè)計(jì)方案額定點(diǎn)的效率、揚(yáng)

4、程及功率，應(yīng)用極差分析與多指標(biāo)綜合平衡法選出泵設(shè)計(jì)的最佳參數(shù);第二階段將二次回歸通用旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)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(jì)方案，采用CFD進(jìn)行計(jì)算，分析結(jié)果以建立效率與各因素的定量關(guān)系，再通過(guò)響應(yīng)面法精確得出泵的最佳設(shè)計(jì)條件。結(jié)果發(fā)現(xiàn):在給定范圍內(nèi)，對(duì)泵效率影響的主次順序?yàn)棣?b＞D2＞θ＞Dj;對(duì)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(duì)象，針對(duì)其前緣后掠角這一主要幾何參數(shù)，設(shè)計(jì)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(duì)泵整機(jī)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(diǎn)向大流量工況方向偏移;從泵的內(nèi)部流場(chǎng)分析了前緣后掠角對(duì)進(jìn)口流場(chǎng)的影響規(guī)律，結(jié)果發(fā)現(xiàn):隨著前緣后掠角增大，進(jìn)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(guò)數(shù)值模擬結(jié)果與樣機(jī)的試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，發(fā)現(xiàn)模擬結(jié)果準(zhǔn)確、可用，研究結(jié)果對(duì)前伸式雙葉片環(huán)保泵的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有較好的參考價(jià)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(chǎng)，設(shè)計(jì)了WQ17-9-1.1型前伸式雙葉片環(huán)保泵，通過(guò)外特性試驗(yàn)，得到外特性曲線，在流量Q為21.1m3/h時(shí)，其效率η最高，為61.9％，對(duì)應(yīng)的揚(yáng)程H為8.2m。此后采用PIV試驗(yàn)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(duì)速度流場(chǎng)分布，研究了軸向旋渦和低速區(qū)隨流量變化時(shí)的形態(tài)特性以及變化機(jī)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(shí)葉輪和蝸殼不同相對(duì)位置時(shí)的相對(duì)速度流場(chǎng)，研究了葉輪和蝸殼之間的干涉作用對(duì)軸向旋渦的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)軸向旋渦經(jīng)過(guò)蝸殼的隔舌時(shí)，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