[发明专利]获得离心泵蜗壳的高效低噪叶轮方法

摘要

获得离心泵蜗壳的高效低噪叶轮方法，先通过传统方法得到离心泵叶轮的主要结构尺寸：叶轮进口直径、叶轮外径、叶片数、叶片厚度、叶片进口安放角，出口安放角，叶片包角和叶片长度；步骤如下：1）先对上述结构尺寸的叶轮得到离心泵定常性能测量：2）离心泵非定常性能预测：3）离心泵内部流场分析及结构改进；4）改进后离心泵的性能评价，测试改进后离心泵的H-Q、N-Q和h-Q性能曲线、pso和psb变化曲线；5）根据分析提出新的改进方案，再进行离心泵的性能评价，直到得到理想性能的离心泵。

主权项

获得离心泵蜗壳的高效低噪叶轮方法，其特征是先通过传统方法得到离心泵叶轮的主要结构尺寸：叶轮进口直径、叶轮外径、叶片数、叶片厚度、叶片进口安放角，出口安放角，叶片包角和叶片长度；1)先对上述结构尺寸的叶轮得到离心泵定常性能测量：利用MRF模型对设计转速下10‑25个不同流量工况的离心泵整机流场进行数值模拟，并按照定常性能预测方法预测离心泵的定常性能；得到H‑Q、N‑Q和η‑Q性能曲线，分别对应流量与离心泵扬程、流量与离心泵的水力轴功率、离心泵的水力效率与流量的性能曲线；由H‑Q性能曲线可见，设计流量下离心泵的扬程，判断是否达到设计要求，H‑Q性能曲线是否平坦下降，没有出现驼峰，设计流量下离心泵的水力轴功率是多少，功率曲线是否较平坦而不易产生过载现象；由η‑Q性能曲线可见，设计流量下离心泵的水力效率是否为70％以上，且判断高效流量区域；如果按传统设计方法设计的叶轮的定常性能不能满足要求，则分析流场并改进结构，再重复第1)步，直到叶轮的定常性能满足要求；如叶轮的定常性能满足要求，再进行第2)步；2)离心泵非定常性能预测：利用SM模型对上述离心泵整机流场进行数值模拟，取时间迭代步长Δt＝0.0001s，叶轮旋转一圈的迭代步数i为414；模型在迭代500‑3000步后，压力变化满足周期性要求，计算收敛；按照非定常性能预测方法预测离心泵的非定常性能，得到离心泵出口静压pso和叶片进口静压psb的变化曲线；得到如下结果：当叶片‑蜗舌夹角为0°时，出口静压达到最大；叶片‑蜗舌夹角从0°到13°时，出口静压迅速下降，当夹角为13°时，出口静压达到最小；从13°到42°时，出口静压迅速上升；从42°到54°时，出口静压上升缓慢；从54°到60°时，出口静压又呈现迅速上升趋势；如果在一个周期内，出口静压波动很大，表明叶片‑蜗舌动静干涉作用对出口静压的影响较大；这种压力的非均匀大幅度波动容易引起泵的振动和噪声，不利于泵的稳定运行；如果叶片进口静压的波动周期与泵出口静压波动周期相同；进口静压波动的最大负波峰仍高于饱和蒸汽压，故不会发生汽蚀；若最大负波峰低于饱和蒸汽压，则可改进叶片进口处的结构，以提高进口压力或减小进口静压波动幅度；3)离心泵内部流场分析及结构改进通过比较叶片‑蜗舌夹角为0°、13°、42°和54°时叶轮中截面上的相对速度矢量分布，和叶片‑蜗舌夹角为0°、13°、42°和54°时中截面上的静压分布；获得如下结果：在叶片进口处是否存在头部冲击，说明离心泵叶片进口 安放角不合理，这是导致叶片进口压力波动的原因之一；如果在叶轮流道内旋涡占据较大范围，蜗舌附近叶轮流道内水流紊乱，且随着叶片‑蜗舌相对位置的不同变化强烈，说明叶片出口安放角和叶片弯曲规律不甚合理，这是导致流动不稳定，造成压力波动以及泵效率降低；随着叶片‑蜗舌相对位置的变化，叶片进口压力波动明显，这也说明了离心泵叶片进口安放角不合理；当叶片远离蜗舌时，压力分布比较均匀，当叶片靠近蜗舌时，不论周向还是径向压力分布都不均匀，这进一步说明了叶片出口安放角和叶片弯曲规律不合理，这是导致出口压力波动幅度较大且不均匀的主要原因；根据分析提出如下改进方案：3‑1)适当增大叶片进口安放角，使之适应来流条件，减小叶片头部冲击，提高叶片进口处压力；3‑2)适当减小叶片出口安放角，进一步消除旋涡，减小静压波动的幅度；3‑3)适当调整叶片弯曲规律，从叶片进口到出口曲率半径逐渐增大，使压力波动均匀；4)改进后离心泵的性能评价测试改进后离心泵的H‑Q、N‑Q和η‑Q性能曲线、pso和psb变化曲线；5)根据分析提出新的改进方案，再进行离心泵的性能评价，直到得到理想性能的离心泵。