無過載多級礦用潛水泵的優(yōu)化設(shè)計研究.pdf

1、隨著煤礦采掘業(yè)的日益發(fā)展，礦用潛水泵的需求不斷增長。隨著礦井的采掘日益加深，使得對泵的揚程要求也不斷增高，低比速高揚程多級礦用潛水泵的市場越來越大。由于采掘?qū)用娴牟煌玫倪\行工況多變，低比速離心泵的功率特性決定了它在大流量運行時極易因過載而燒毀電機，因此，研發(fā)全揚程無過載多級礦用潛水泵迫在眉睫。
　　 傳統(tǒng)無過載離心泵設(shè)計方法是從葉輪著手進行研究，采取較小的葉輪出口安放角和葉輪出口寬度，這將引起效率的降低，且不便于制造加工，對

2、于有防堵塞要求的離心泵更是難以實現(xiàn)。本文創(chuàng)新地將導(dǎo)葉與葉輪結(jié)合起來考慮，基于理論分析、數(shù)值計算和試驗研究相結(jié)合的方法，研究了進口預(yù)旋對低比速離心泵無過載性能的影響。本文的主要研究內(nèi)容及成果有:
　　 1.結(jié)合傳統(tǒng)離心泵無過載理論，基于自由旋渦理論和一元流動假設(shè)，從歐拉公式出發(fā)，采用斯托道拉方法推導(dǎo)了有旋流動時最大軸功率及其對應(yīng)流量的計算公式，理論上分析了有旋流動下徑向前置導(dǎo)葉幾何參數(shù)對泵性能的影響。分析結(jié)果表明，除葉輪幾何參數(shù)外

3、，離心泵性能只與前置導(dǎo)葉的出口寬度、出口安放角和出口排擠系數(shù)有關(guān)。前置導(dǎo)葉的出口寬度、排擠系數(shù)及出口安放角三種幾何參數(shù)適當(dāng)減小，越有助于實現(xiàn)無過載性能。
　　 2.在單級離心泵上通過改變前置導(dǎo)葉幾何參數(shù)和葉輪葉片數(shù)，設(shè)計了8組方案，利用FLUENT軟件進行數(shù)值模擬，分析了預(yù)旋對該泵外特性的影響。結(jié)果表明，數(shù)值模擬結(jié)果與理論分析相一致，并驗證了前一節(jié)推導(dǎo)出的計算公式基本上是準確的，但存在著一些誤差。
　　 3.對上面的各方

4、案模擬結(jié)果進行了內(nèi)部流動分析，研究其內(nèi)部流場運行規(guī)律，分析前置導(dǎo)葉對葉輪進口邊前流態(tài)的影響，揭示了計算公式產(chǎn)生誤差的原因。結(jié)果表明，葉輪內(nèi)部流動并非簡單的一元流動，而是復(fù)雜的三元流動，自由旋渦理論在固壁區(qū)域附近可能并不完全適用。
　　 4.按照進口有旋方法設(shè)計了多級礦用潛水泵BQS20-50×6-55/N，對所有部件計算區(qū)域采用ICEM進行結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，利用CFX軟件進行全流場數(shù)值模擬。根據(jù)不同級數(shù)、不同粗糙度、有無泄漏設(shè)計多

5、種模擬方案進行數(shù)值模擬，探索多級礦用潛水泵數(shù)值模擬的計算方法。結(jié)果表明:在多級離心泵中，葉輪進出口條件相同的中間級可以簡化為一級進行模擬;粗糙度增大，泵的揚程會降低，軸功率會加，泄漏會降低泵的揚程和效率。
　　 5.試制樣機并在清水中進行了試驗，并將試驗結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果進行對比，結(jié)果表明:全流場數(shù)值模擬能更加準確地預(yù)測水泵性能，有粗糙度并考慮口環(huán)和級間泄漏的模擬方案與試驗值更為符合。該泵設(shè)計合理，滿足了無過載性能要求。