基于CFD的低比转速离心泵叶轮切割性能分析

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doi：10.3969/j.issn.1673-159X.2013.02.009Analysis of Performance for the Impeller Cutting of CentrifugalPumps with Low Specifc-speed based on CFDZHAO Wan-yong，YANG Deng-feng，WANG Lei，ZHAO Shuang，WANG Zhao(College of Energy and Power Engineering，Lanzhou University of Technology，Lanzhou 730050 China)Abstract：Based on the current cuting theory of centrifugal pumps with low specifc-speed，the impeller diameter of pump MH-46-100 was cut three times.and the flow area of the model was divided with blocking non-structural hexahedron d.The finite volumemethod was useed to disperse Reynold time-average Navier-Stokes equation.The RNGk-s turbulence model and SIMPLEC algorithmwere employed to simulate each mode1.The comparison between the result of the performance predicted and the current cutting theoryfor centrifugal pumps with low specifc-speed was conducted.It was proved that the cutting theory was correct and the flow obtainedbased on the cuting theory was similar.It was also fnund that the eficiency wil increase when the impeller diameter was cut.At last。

the flow conditions of each model were analyzed and compared。

Key words：low specifc-speed centrifugal pump；cutting theory；CFD；numerical simulation在离心泵的生产过程中，厂家很难针对每个用户的不同性能需求对离心泵进行单独的设计生产，这时采取的手段往往是选择-台性能稍高于实际需求的离心泵，通过切割试验对其叶轮外径进行切割而使其满足用户的性能需求。

目前，通过切割叶轮外径的方法对泵的使用范围进行拓展是较为有效、经济的方法。通过切割离心泵叶轮外径，使泵的扬程、流量有所降低，提高泵的比转速。对于低比转速离心泵而言，由于其叶片狭长，致使其叶轮外径较大，因而造成很大的圆盘摩擦损失 I2 ；所以，对其叶轮外径进行切割后，可收稿日期：2012-04-01作者简介：赵万勇(1962-)，男，教授，主要研究方向为流体机械。

随着计算流体力学和计算机技术的迅速发展，离心泵的设计和优化已经从以往单-的试验手段发展到了与计算机仿真技术相结合的时代。这样- 方面可以节约大量的试验成本，另-方面可以更为直观地看到单纯试验所看不到的离心泵内部流动状况和特点 J。

为此，笔者拟用 CFD手段来分析和探讨离心泵叶轮切割后对离心泵性能的影响，着重分析了切割前后离心泵内部流场的流动变化。

西华大学学报 ·自然科学版 2013拄1 离心泵叶轮外径切割1.1 原型泵的模型参数本文选取 MH-46-100泵为原型泵，该泵比转速 n 47，主要几何参数为：叶轮外径D 310 mm，叶轮出口宽度 b：12 mm，叶轮进 口直径 D 100mm，叶片数 5，叶片包 130 ，叶轮转速 n2 900 r/min，蜗壳基圆直径D 315 mm，工作介质为清水。

1.2 低比转速离心泵切割定律fQ /Q (D /D ) . H /H (D'z/D2)式中：Q、D：、H分别为叶轮切割前的流量、叶轮外径、扬程；Q 、D ：、H 分别为叶轮切割后的流量、叶轮外径、扬程。

1.3 罗西修正方法在广泛的低比转速泵的试验基础上提出了图 1所示的修正方法4 J，修正后叶轮的实际切割量为AD2K(D2-D2 )式中：D：为切割前叶轮外径；K为修正系数(见图1)；D， 为切割后叶轮外径。

1 21.00.80 60.4O 2O O，l图 1 罗西方法减小叶轮直径的计算修正示意图1.4 离心泵叶轮的3次切割根据需求选取 MH-46-100泵进行3次切割，根据切割之后离心泵的性能参数需求将 3个点的坐标在图中列出，A 坐标为(80，126)，A 坐标为(80，123)，A 坐标为(80，112)，并找到相似工况点 、B，、 ，如图2所示。

通过计算得出(K取0.97)：AD1K(D2-D2 )4.85 mmAD2K(D2-D2 )7.96 mmAD K(D，-D， )19.72 mm为了便于切割的实施，本次切割取 AD 5 mm，AD，8 mm，AD 20 mm。

l11差Q/(m /h)图2 确定A点的对应工况点B1.5 判断叶轮外径切割量允许范围表 1根据离心泵的比转速和切割量判断切割值是否在切割范围之内，若超出切割范围，则另选原型泵模型进行切割。

表1 比转速和切割量n 60 120 200 300 350AD/mm 0.20 0.15 0.11 0.09 0.07已知叶轮第 3次切割量最大，叶轮外径切割量与切割前比值为N3(D3-D3 )/D30.064 5通过计算可知切割量在离心泵的切割范围之内，所以本次切割是可行的。

2 计算区域数值模拟2.1 计算区域三维实体建立及网格划分对离心泵进行计算的前提是要对其流动区域进行三维造型，实际上就是要实现计算流掣何模型的数学描述，使之能为计算机所识别。本文选用PRO/E软件对离心泵的吸水室、压水室、叶轮等各流动区域分别进行了模型的构造(见图3)。造型完毕之后应用 ICEM对流动区域进行网格划分(如图4所示)。

图3 计算区域模型建立第 2期 金汉林，等：轴流泵内部三维湍流场的数值模拟 45[4]刘卫华，郁永章.往复压缩机故障诊断技术研究现状与展望[J].压缩技术，1999，(3)：48-52。

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(编校：夏书林)◆ ◆ ◆ Il◆ ◆ ◆ ◆ 3 结束语本文利用 CFD手段来分析和探讨离心泵叶轮切割后对离心泵性能的影响，着重分析了切割前后离心泵内部流场的流动变化，得到了低比转速离心泵叶轮外径减小而效率升高的特点，并对比分析各个模型的流动状况。