潜水混流泵水力设计与CFD分析的应用

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

CFD 791翼型 圆弧翼型-、 前言潜水混流泵水力部件包括叶轮和导叶体。通常的水力设计方法是利用已有的干式混流泵开式叶轮的水力模型进行相似换算，得到实际泵叶轮水力图并且重新设计导叶体。这样的设计方法缺点在于：干式泵导叶出口是-个很细的轴，而潜水泵出13是潜水电动机，干式泵水力模型并不符合潜水泵的流体规律-式叶轮叶片和轮毂是分开铸造加工，后期组装，加工精度要求高。这样生产的水泵测试水力效率低，高效区窄，流量达不到指标。现有-工厂工艺取水提升泵，要求水泵高效节能，流量大，高效区宽。如使用现有的水力模型必然满足不了要求，必须重新设计高效的潜水混流泵。该项目设计了多个水力设计方案，为减少开模费用和周期，利用CFD分析工具进行水力性能分析预测筛选，确定最优化的水力设计方案。

潜水混流泵样机的设计参数如下：流量：2 O00m /h；设计点扬程：8.5m；转速：735 r/min；水泵效率：≥75%；配套电动机功率：<75kW。

潜水混流泵水力部件设计方案1.潜水混流泵叶轮设计在参考优秀的混流泵水力模型的基础上，确定设GiM 麓用虮誓wuw.etyjX.COII 2013F第7期计高效的闭式固定叶片的混流泵叶轮。叶片轮毂整体铸造，叶轮有前后盖板。这样避免了泄漏损失，易于生产加工。叶轮叶片数采用4片和5片两个水力设计方案，叶轮叶片使用扭曲三角形设计方法。

2.潜水混流泵导叶设计潜水混流泵导叶采用空间导叶，空间导叶和其他导叶类似，尤其是和流 道式导叶更相似≌间导叶起到整个压水室的作用，将叶轮出口处的液体收集起来输送到出水管路，同时将速度能变为压力能≌间导叶绘型采用扭曲三角形法。

长导叶叶片比较长。短导叶叶片较短，导叶叶片距离导叶体出Pl预留水流扩散的距离。本项目导叶体-共4种设计方案：791翼型加厚长导叶、圆弧翼型加厚长导叶、791翼型加厚短导叶和圆弧翼型加厚短导叶。

3.设计方案按照2种叶轮和4种导叶设计方案进行组合得N8种水力设计方案，见表1。

表1 水力设计方案方案序号 叶轮形式 导叶类型 加厚原理方案A 4叶片 长导叶 791翼型加厚方案B 4叶片 长导叶 圆弧翼型方案C 4叶片 短导叶 791翼型加厚方案D 4叶片 短导叶 圆弧翼型方案E 5叶片 长导叶 791翼型加厚方案F 5叶片 长导叶 圆弧翼型方案G 5叶片 短导叶 791翼型加厚方案H 5叶片 短导叶 圆弧翼型8种水力设计方案如果每个都要开模制作样机，开发周期长，成本高。现在利用CFD分析预测水泵的性能，大大节省了设计周期和费用。

4.利用CFD分析进行水泵性能预测潜水混流泵内部为复杂的三维湍流流动。利用CFD分析工具对该泵水力部件进行内部流场分析，对设计械业 &水 m建城MG的潜水混流泵进行水泵性能预测。求解器为ANSYS-CFX12.1，定常求解，计算选用Standard k-s湍流模型，收敛精度为1.0×10～。8种水力设计方案最优工况点CFD性能预测结果见表2。

表2 各方案CFD计算结果达到设计流量点高效点预测 方案序号扬程/m 水力效率 (%)方案A 8.79 8325方案B 8.78 83-24方案C 8.72l 82.967方案D 8.7l9 82.966方案E 9.41 80.7方案F 938 80.65方案G 9.42 80.97方案H 9-38 80.75根据8种水力设计方案达到设计流量点高效点预测结果分析如下：方案A～D (1i]4叶片的叶轮)比方案E～H (5叶片的叶轮)效率要高，5叶片的水力方案比4叶片扬程偏高。方案A在设计流量O。2 000m /h时，CFD预测的扬程为8.79m，预测最高效率为83.25%，预测值扣除扩散损失及容积损失及加工误差可得实际综合效率78%左右，要求设计扬程8.5m基本符合设计工况点在高效点，该方案CFD计算参数见表3。

表3 CFD预测得到方案A的水泵性能参数流量/(m /h) 扬程/m 轴功率/kW 泵效率 (%)l 850 9.8 65.7 75.22 Oo0 8.79 57.5 83.252 280 7.62 57.3 82.522450 7 57.1 81.82 580 6.5 56.7 80.55.样机实测试验结果按照方案A的水力模型开镍行样机生产制造，样机在工厂开式水泵综合测试平台测试 (见图1)。按照GB/T12875-2002 潜水电泵试验方法 进行水泵型式试验，试验数据见表4。

试验结果分析如下：1)水泵的最优工况在于流量2 198.37m /h，扬程在8.52m时，泵实测效率为78.26%，符合初始设计要求。

2)泵最高效率点与设计工况点吻合，满足了工程上对泵流量和扬程的要求。

3)水泵的高效区为6.5～9.7m，水泵的高效区较宽，能够满足变化幅度比加大的实际运行工况。

城建/水I业通用机械 锄 t ifi Cam'l/re'rials& tt#/eri释辔n图1 潜水混流泵试验示意1.潜水电泵 2.泵出口测压管段 3.压力表 4.转差表 5.电阻测量仪表6.电流互感器 7.电压表 8.电流表 9.功率表 l0.流量计前直管段1 1.调压器 l2.流量计 13.工频表 14.流量计后直管段 15.流量调节阀表4 样机性能试验数据扬程 流量 电功率 轴功率 电压 电流 泵效率/m /(m ) W /V /A (%)9.744 1 798.95 75.95 66.62 380 140.50 71.668.52 2198I37 74.40 65.18 380 138.33 78.267.602 2 3l5.25 72.15 63.09 380 l35.25 75.987.0104 2412.14 7l-20 62.21 380 133.75 74.036.582 2 540.63 70.5O 61.56 380 132.67 73.982013 ：ety用jx com 79 第7期wmv. . I， 、 1- 0 - -- 》 、， 2-Q /、、 至耄流量 t(m /h)图3 样机测试性能曲线失和容积损失。实验值的效率曲线与计算值的效率曲线较为相符，