[发明专利]一种水泵全运行工况叶片轴位置优化方法

说明书

一种水泵全运行工况叶片轴位置优化方法，属于动力机械设备可靠耐久性技术领域，包括水泵全运行工况范围内多个计算工况确定，水泵多个叶片角度下多工况流场计算区域三维建模与网格划分、流场数值模拟与叶片水力矩计算确定，全运行工况叶片水压力合力作用线位置范围与最优叶片轴位置范围确定，全运行工况最优叶片轴位置区间确定、最优叶片轴位置确定，叶片轴位置优化前后水力矩对比。本发明能使水泵全运行工况叶片最大水力矩减小1/2左右、平均水力矩减小3/4左右，提高了水泵运行参数的准确性和调节机构的可靠耐久性，延长调节机构使用寿命，能够在面广量大的大中型全调节轴流泵和导叶式混流泵中得到广泛应用，推动行业进步，具有重要意义。

技术领域

本发明属于动力机械设备可靠耐久性技术领域，涉及一种全调节水泵全运行工况的叶片轴位置优化方法，具体的说是涉及一种使水泵在不同扬程、不同叶片角度下所有运行工况的最大叶片水力矩最小的叶片轴位置优化方法。

背景技术

轴流泵和导叶式混流泵主要用于农业灌溉排涝、调水、污水处理、火力发电、船舶工业及核电等领域，但其高效区窄，当泵站水位或扬程变化偏离额定工况时，运行效率低，易振动、超载，影响高效安全运行。大中型轴流泵和导叶式混流泵通过设置叶片全调节机构进行叶片调角，实现变角优化运行，调节流量，节省运行成本，提高机组可靠耐久性。叶片全调节机构有机械式和油压式两种，但目前，水泵叶片调节力普遍较大，尤其是未能考虑水泵全运行工况的叶片调节力，致使机械式叶片全调节机构受力大、变形大，调角误差大，分离轴承易损坏；致使油压式叶片全调节机构调节所需油压高、密封易失效，导致漏油而无法调角。计算研究表明，水泵叶片调节力主要由运行时水流对叶片作用形成的对叶片轴的水力矩构成。因此，需要在保证或不改变叶轮水力性能的前提下，设计一种在全运行工况下叶片水力矩最小的叶片，以减小叶片调节力，提高调节机构的调角精度和可靠耐久性。

发明内容

本发明的目的是针对上述大中型全调节轴流泵和导叶式混流泵叶片水力矩过大的问题，提出一种水泵全运行工况叶片轴位置优化方法，通过采用计算流体动力学——CFD流场计算软件计算叶轮叶片表面压力分布和水力矩，通过分析，调整优化叶片轴在叶片进出水方向的位置，减小水泵全运行工况的叶片水力矩，达到减小调节力的目的。

本发明的技术方案是：一种水泵全运行工况叶片轴位置优化方法，其特征在于，包括如下操作步骤：

A.水泵全运行工况范围内计算工况确定；

B.水泵流场计算区域三维建模与网格划分；

C.水泵流场数值模拟与叶片水力矩计算确定；

D.水泵叶片水压力合力作用线位置与全运行工况最优叶片轴位置所在范围确定；

E.水泵全运行工况最优叶片轴位置所在区间确定；

F.水泵全运行工况最优叶片轴位置确定；

G.水泵叶片轴位置优化前后水力矩对比。

步骤A中所述的水泵全运行工况范围内计算工况确定方法如下：在水泵运行扬程范围内，选定等间距的m个扬程，m＝5～10，其中包括最小运行扬程H_min和最大运行扬程H_max，扬程间隔为即m个运行扬程为：H₁＝H_min，H₂＝H_min+ΔH，…，H_m-1＝H_max-ΔH，H_m＝H_max；对m个扬程的每个扬程，在水泵运行叶片角度范围内，将叶片角按一定间隔选定n个角度，n＝5～10，其中包括最小运行叶片角α_min和最大运行叶片角α_max，即α₁＝α_min,α₂,…，α_n-1，α_n＝α_max，因此，确定m×n个计算工况；