塑料井泵新型軸向?qū)~的設(shè)計及內(nèi)流場研究.pdf

1、深井泵廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域，而導(dǎo)葉設(shè)計優(yōu)劣對水泵性能有著重要影響。較傳統(tǒng)的金屬導(dǎo)葉，塑料材質(zhì)由于質(zhì)量輕、化學(xué)性穩(wěn)定、表面光滑等優(yōu)點備受關(guān)注，因其成本較低，注塑工藝在水泵生產(chǎn)中所占比重也越來越大。
　　徑向?qū)~葉片結(jié)構(gòu)簡單，主要為圓柱形，注塑加工的模具制造成本比較低;而空間導(dǎo)葉葉片形狀為空間扭曲形，模具制造成本比圓柱形葉片高4倍左右。因此，塑料井泵中大多選用徑向?qū)~，但在大流量工況下，采用徑向?qū)~的水泵水力性能并不理想，基于上

2、述背景，以提高水泵性能、降低生產(chǎn)成本及拓寬塑料井泵應(yīng)用范圍為目的，本文在傳統(tǒng)導(dǎo)葉設(shè)計方法的基礎(chǔ)上，成功設(shè)計出一種新型軸向?qū)~，并根據(jù)該軸向?qū)~的相關(guān)設(shè)計參數(shù)，對應(yīng)設(shè)計了一個徑向?qū)~和一個空間導(dǎo)葉，分別將這三種導(dǎo)葉與同一葉輪進行匹配得到三組井泵模型，基于CFD計算軟件對三組井泵模型進行了三維全流場數(shù)值模擬，并對計算結(jié)果進行了對比分析。此外，結(jié)合市場需求，根據(jù)本文提出的新型導(dǎo)葉設(shè)計方法，成功設(shè)計出一個額定流量為22.5 m3/h的軸向?qū)~和

3、井泵，并進行了模型開發(fā)和試驗驗證。主要研究內(nèi)容及取得的創(chuàng)新成果如下:
　　(1)新型軸向?qū)~的成功設(shè)計打破了塑料井泵應(yīng)用的局限，用扭曲段進口代替圓柱段進口，將導(dǎo)葉葉片分為圓柱段和扭曲段兩部分，扭曲段和圓柱段之間的交界面恰好可以作為模具的分型面。分模時，在扭曲面部分，正面向正面?zhèn)确帜＃趁嫦虮趁鎮(zhèn)确帜?。在圓柱面部分，兩側(cè)都可自由分模，不僅拓寬了導(dǎo)葉應(yīng)用范圍，實現(xiàn)了中高比轉(zhuǎn)速水泵注塑成型工藝，大大提高了生產(chǎn)效率和降低了生產(chǎn)成本，與空間

4、導(dǎo)葉相比，還可以大大縮短井泵的軸向距離。
　　(2)選取三組井泵模型前兩級進行三維全流場定常數(shù)值計算，對比發(fā)現(xiàn)，無論從效率角度，還是從揚程角度，空間導(dǎo)葉均最優(yōu);但與徑向?qū)~相比，采用該軸向?qū)~的井泵水力性能有較大的提升。因此從外特性角度來看，塑料井泵中完全可以采用軸向?qū)~代替徑向?qū)~。
　　(3)通過不同工況下首級導(dǎo)葉和次級導(dǎo)葉中截面靜壓分布對比，發(fā)現(xiàn)在小流量工況下，徑向?qū)~壓力轉(zhuǎn)換能力最強，且軸向?qū)~進口處出現(xiàn)回流的可能性

5、最大，隨著流量增加，各導(dǎo)葉進口處低壓區(qū)范圍逐漸縮小。空間導(dǎo)葉和軸向?qū)~能很好適應(yīng)大流量工況，在大流量工況下可以獲得較優(yōu)的水力性能。
　　(4)通過3種導(dǎo)葉額定工況下內(nèi)流場對比，發(fā)現(xiàn)在額定工況下空間導(dǎo)葉內(nèi)部流動最穩(wěn)定，軸向?qū)~次之。軸向?qū)~由于葉片結(jié)構(gòu)的特殊性，在流道中間部分出現(xiàn)少量旋渦，而徑向?qū)~在進口區(qū)域出現(xiàn)大量旋渦，表明徑向?qū)~進口設(shè)計還存在一些問題。
　　(5)在3種導(dǎo)葉內(nèi)部分別選取其中一個流道，并在該流道內(nèi)從導(dǎo)葉進口

6、至出口依次作8個截面（盡量接近過流截面），對比每個截面的靜壓變化和總壓變化，結(jié)合導(dǎo)葉內(nèi)損失比，發(fā)現(xiàn)首級空間導(dǎo)葉內(nèi)能量損失最小，而次級軸向?qū)~內(nèi)能量損失最小。
　　(6)通過壓力脈動對比分析發(fā)現(xiàn)，壓力脈動信號主要來自于葉輪，在向?qū)~傳輸?shù)倪^程中脈動信號呈衰減趨勢;從導(dǎo)葉至導(dǎo)葉出口，各導(dǎo)葉內(nèi)的壓力脈動幅值均呈現(xiàn)下降趨勢;葉輪與導(dǎo)葉交界面上壓力脈動主要由導(dǎo)葉和葉輪之間動靜干涉引起，該區(qū)域轉(zhuǎn)頻對壓力脈動的影響占據(jù)主導(dǎo)地位;空間導(dǎo)葉內(nèi)壓力脈