塑料井泵新型軸向導葉的設計及內流場研究.pdf

1、深井泵廣泛應用于國民經(jīng)濟各個領域，而導葉設計優(yōu)劣對水泵性能有著重要影響。較傳統(tǒng)的金屬導葉，塑料材質由于質量輕、化學性穩(wěn)定、表面光滑等優(yōu)點備受關注，因其成本較低，注塑工藝在水泵生產中所占比重也越來越大。
　　徑向導葉葉片結構簡單，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導葉，但在大流量工況下，采用徑向導葉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、降低生產成本及拓寬塑料井泵應用范圍為目的，本文在傳統(tǒng)導葉設計方法的基礎上，成功設計出一種新型軸向導葉，并根據(jù)該軸向導葉的相關設計參數(shù)，對應設計了一個徑向導葉和一個空間導葉，分別將這三種導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，并對計算結果進行了對比分析。此外，結合市場需求，根據(jù)本文提出的新型導葉設計方法，成功設計出一個額定流量為22.5 m3/h的軸向導葉和

3、井泵，并進行了模型開發(fā)和試驗驗證。主要研究內容及取得的創(chuàng)新成果如下:
　　(1)新型軸向導葉的成功設計打破了塑料井泵應用的局限，用扭曲段進口代替圓柱段進口，將導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，兩側都可自由分模，不僅拓寬了導葉應用范圍，實現(xiàn)了中高比轉速水泵注塑成型工藝，大大提高了生產效率和降低了生產成本，與空間

4、導葉相比，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，空間導葉均最優(yōu);但與徑向導葉相比，采用該軸向導葉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導葉代替徑向導葉。
　　(3)通過不同工況下首級導葉和次級導葉中截面靜壓分布對比，發(fā)現(xiàn)在小流量工況下，徑向導葉壓力轉換能力最強，且軸向導葉進口處出現(xiàn)回流的可能性

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

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，結合導葉內損失比，發(fā)現(xiàn)首級空間導葉內能量損失最小，而次級軸向導葉內能量損失最小。
　　(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，在向導葉傳輸?shù)倪^程中脈動信號呈衰減趨勢;從導葉至導葉出口，各導葉內的壓力脈動幅值均呈現(xiàn)下降趨勢;葉輪與導葉交界面上壓力脈動主要由導葉和葉輪之間動靜干涉引起，該區(qū)域轉頻對壓力脈動的影響占據(jù)主導地位;空間導葉內壓力脈