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《兰州理工大学》 2011年
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离心泵叶片型线对泵性能影响的研究

孙庆冲  
【摘要】:离心泵广泛应用于工农业生产和居民生活的各个领域。据统计,每年消耗在泵类产品上的电能约占全国总发电量的20%左右。同时,目前我国生产的泵的效率与国外工业发达国家相比仍有一定的差距。因此,研究提高离心泵的效率,降低能耗,对国民经济的发展和实现节能减排都具有十分重大而深远的意义。 叶轮是离心泵的核心部件,叶片形状是决定泵性能的关键因素之一。因此离心泵叶轮叶片型线设计直接影响水泵的性能。目前的工程实际中在流面上绘制叶片型线时,仍以保角变换法进行叶片绘型。这些方法具有精度低,对设计人员个人经验依赖较大,而且有难以保证叶片安放角按要求规律变化等不足。其一,叶片出口边是否选在一个轴面上有一定的随意性,即叶片出口边倾角γ的取值是随意的;其二,叶片包角的确定有很大的随意性;其三,方格网上的叶片展开流线的安放角的变化规律有一定的随意性。因而有必要对叶片的型线进行研究,找寻更为精确的确定叶片型线的方法。本文分别以叶片出口边倾角γ、叶片包角为对象,研究叶片型线对泵性能的影响。本文的工作主要有以下几个方面: 1、推导出了确定叶片包角取值范围的公式。在此基础上,提出了利用Bezier曲线绘制及其调控叶片展开流线的方法。这样不仅保证叶轮叶片展开流线单调光滑而且叶片安放角可以按要求规律变化,还可以使叶片展开流线的设计和修改方便,提高了绘制效率。 2、通过对所设计的泵进行数值模拟,分析内部流场可得:叶轮内工作面相对速度较小,背面相对速度较大;从工作面到背面,相对速度的大小变化较快;叶轮内没有出现边界层分离;各工况下叶轮内的静压从叶轮进口到出口均逐渐增加;随着流量的增大,叶轮出口的静压减小。 3、在叶轮基本外尺寸确定的情况下,保持叶片包角和叶片安放角的变化规律不变,通过改变叶片出口边倾角进行叶片型线的研究。对于比转速为98的泵ZA150-315确定了三个叶片出口边倾角分别为:62°、76°、90°;对于比转速为188的泵ZA150-200确定了三个叶片出口边倾角分别为:69°、79°、90°;对于比转速为78的泵TTMC-125也确定了三个叶片出口边倾角分别为:64°、77°、90°。利用本文提出的绘制及调控叶片展开流线的方法进行叶轮水力设计,并得到实体模型。利用FLUENT 6.3.26软件对上述设计的叶轮进行流场模拟计算,得到了泵的性能曲线。经对比分析:ZA150-315的叶片出口边倾角为76°的叶轮性能优于62°、90°的叶轮;ZA150-200叶片出口边倾角为69°的叶轮能量性能好于79°、90°的叶轮;TTMC-125叶片出口边倾角为64°的叶轮能量性能好于77°、90°的叶轮。由离心泵的特性曲线可知,每个叶轮都有一个合适的叶片出口倾角。 4、在叶轮基本外尺寸确定的情况下,保持叶片出口边倾角、叶片安放角的变化规律等因素不变,对叶片包角进行研究。本文以泵ZA150-315为例,在轴面投影图不变的情况下,选择最优的叶片出口边倾角76°进行设计。根据本文提出的确定包角取值方法,确定叶片包角分别为:180°、195°、210°,并分别进行叶轮设计得到叶轮的实体模型。经过数值模拟发现ZA150-315叶片包角为195°时,叶轮的效率最高。包角为195°的叶轮效率比包角为180°、210°的叶轮高3%左右,同样,对于每个叶轮也有一个最佳的叶片包角。证明了本文提出的确定包角方法的可行性。
【学位授予单位】:兰州理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TH311

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【同被引文献】
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