消防車用高速離心泵的水力特性研究.pdf

1、目前我國各大城市摩天大樓數(shù)量日益增多，而一旦發(fā)生火災(zāi)，由于現(xiàn)有消防泵特別是消防車用泵的揚(yáng)程過低，無法達(dá)到超高層建筑火災(zāi)發(fā)生高度，因此在第一時(shí)間火勢(shì)很難得到有效控制。為了使得消防泵揚(yáng)程可以達(dá)到有效高度，同時(shí)避免多級(jí)化的體積巨大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)不便等相關(guān)弊端，高速離心泵的應(yīng)用成為撲滅超高層火災(zāi)的一個(gè)重要趨勢(shì)。消防車上安裝的水泵系統(tǒng)全稱為車用消防泵水泵系統(tǒng)，一般由取力裝置、水泵及進(jìn)出水管、操縱機(jī)構(gòu)等組成。同時(shí)根據(jù)不同的區(qū)域情況，消防車上還會(huì)配

2、備有其他的消防裝備，這其中，消防水泵是最基本也是最核心的部件，目前最大流量可達(dá)到288m3/h，最大揚(yáng)程可達(dá)到150m，仍然無法滿足大量超高層建筑的消防需求。在保證流量的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高揚(yáng)程則需要進(jìn)一步增加多級(jí)離心泵級(jí)數(shù)，但增加級(jí)數(shù)不但揚(yáng)程增加緩慢而且會(huì)使得水泵體積大大增加，流量不斷減小，在消防車的有限空間內(nèi)無法達(dá)到安裝要求，因此急需開發(fā)一種高速離心泵裝置，不但體積小、流量大，而且還可以滿足超高層建筑火災(zāi)防治的需求。由于高速離心泵轉(zhuǎn)速過

3、高、流速過快將會(huì)產(chǎn)生效率低、空蝕現(xiàn)象嚴(yán)重、振動(dòng)及噪聲過大等不利因素。為了應(yīng)對(duì)上述弊端并同時(shí)滿足消防泵相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，考慮在設(shè)計(jì)方法上進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化。首先以添加等螺距誘導(dǎo)輪及誘導(dǎo)輪前置孔板的方式提高水泵的空蝕性能，等螺距誘導(dǎo)輪設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單，適合低成本批量生產(chǎn)并有著良好的水力性能，而前置孔板抑制了進(jìn)口回流，增強(qiáng)了誘導(dǎo)輪的抗空蝕性。其次采用加大流量法及無過載設(shè)計(jì)技術(shù)對(duì)該泵的葉輪參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，而葉片則采用5+5長(zhǎng)短葉片設(shè)計(jì)，以上設(shè)計(jì)方法不僅可以有效

4、提高高速泵效率并避免過載現(xiàn)象的發(fā)生，而且可以降低壓力脈動(dòng)振幅起到減振降噪作用。最后壓水室采用加徑向?qū)~的設(shè)計(jì)方法，增加徑向?qū)~可以起到延長(zhǎng)壓水室流道的目的，可以有效將速度能轉(zhuǎn)化為壓能，最終可以進(jìn)一步提高高速泵揚(yáng)程并降低壓力脈動(dòng)幅值。
　　本研究基于上述問題，設(shè)計(jì)出揚(yáng)程500m，轉(zhuǎn)速10000r/min，流量170m3/h的高速離心泵，并應(yīng)用UG軟件進(jìn)行建模。水力模型建成后，應(yīng)用Ansys軟件進(jìn)行定常及非定常分析。定常分析表明，該泵

5、速度、壓力及湍動(dòng)能云圖分布效果良好，進(jìn)一步對(duì)外特性曲線分析表明，該泵揚(yáng)程曲線平緩、高效區(qū)域較寬，軸功率曲線上升穩(wěn)定，無明顯過載現(xiàn)象，各項(xiàng)數(shù)據(jù)符合消防泵相關(guān)規(guī)范。非定常分析表明，該高速泵揚(yáng)程、效率、軸功率輸出穩(wěn)定，脈動(dòng)幅值較小，水力性能良好。在該高速離心泵流體流經(jīng)的關(guān)鍵位置設(shè)置壓力脈動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在葉輪處選取3個(gè)點(diǎn)，導(dǎo)葉處選取2個(gè)點(diǎn)，螺旋式渦殼處選取3個(gè)點(diǎn)，一共選取8個(gè)點(diǎn)進(jìn)行了壓力脈動(dòng)檢測(cè)分析，結(jié)果表明，該高速泵各部位壓力脈動(dòng)成一定規(guī)律的周期