双吸离心泵叶轮无损反求设计研究

２０１１年第３期　小番柱采　・一７　・　

叶轮流道宽度与离心泵性能之间关系的试验研究　

张兴林　吴生盼　沈宗沼　王保全　

（合肥通用机械研究院，安徽合肥；２３００３１）　

摘要：简述改变离心泵叶轮流道宽度的方法、叶轮流道宽度与流量等性能关系的现行换算式。结合具体试验，对叶　

轮流道宽度与离心泵性能之间关系的换算式进行分析，指出改变叶轮流道宽度是改变叶轮水力设计及改造设计的有效方　

法。并对相关问题加以讨论。　

关键词：　离心泵叶轮流道宽度流量关系换算式叶轮水力设计　

１前言　

目前广泛开展的离心泵节能改造项目常常要　

求在不改变蜗壳（泵体）的情况下，加大泵的流　量，因而，必须对叶轮加以改造设计，其主要措　

施是增大叶轮流道宽度。在进行离心泵的水力设　计时，若流量、扬程的试验结果超出设计目标的　

标准范围时，改变叶轮流道宽度是一种理想的改　

进途径。国内某些水泵制造厂已将单级双吸泵全　系列的各种泵壳（泵体）均配备宽窄２种叶轮，　

其水力设计也是采用了改变叶轮流道宽度这一方　

法。德国ＫＳＢ公司的Ｏｍｅｇａ系列双吸泵整个系列　也如此做法【１］。文献［２］详细给出了叶轮宽度与泵　

性能之间的关系。文献【３－６］也提出了改变流道宽　

度的这一水力设计方法。总之，改变叶轮流道宽度　

是可以应用于叶轮水力设计及改造设计的一种方法。　然而，现有文献中的改变叶轮流道宽度方法　有所不同，叶轮流道宽度与流量等性能关系的换　

算式也不尽相同，甚至相互矛盾。鉴于此，本文　

结合具体试验，对叶轮流道宽度与泵性能之间关　

系进行分析，并对相关问题加以讨论。　

方法　２现行改变叶轮流道宽度的两种　

Ｏ　５Ｏ　】Ｏ０　ｌ　５　０　２００　

图１移动前盖板改变叶轮宽度　图２移动后盖板改变叶轮宽度　

图３　ｎ，ｍ与ｎ。的关系　・　８　・　小番柱采　２０１１年第３期　

文献Ｉ１、２、４、５】介绍的改变叶轮流道宽度　方法是移动叶轮前盖板，见图１。文献【６、７】　介绍的方法是移动叶轮后盖板，见图２。　

２０１　１年５月　农机化研究　第５期　基于ＣＦＤ的某双吸离心泵流道设计　黄艳芬，赖喜德　（西华大学能源与环境学院，成都６１００３９）　摘要：根据某双吸离心泵设计的性能要求，以原有的比转速相近的双吸泵流道为基础，采用相似换算法得到　新双吸离心泵流道的初步设计。借助ＣＦＤ数值模拟技术对新设计方案进行性能预测分析，以进行流道的修改和　优化，最终达到该双吸离心泵设计的性能要求。将最终设计结果进行多工况的性能预测，得到在可能运行范围　内的性能曲线，并同原双吸离心泵试验值相比较，验证了设计结果的可靠性。　关键词：双吸离心泵；相似换算；ＣＦＤ；数值模拟；性能曲线　中图分类号：ＴＨ３１１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００３—１８８Ｘ（２０１１）０５－００９１—０４　０　引言　某双吸离心泵因运行工况发生改变，原有的双吸　离心泵模型不能满足新的运行要求，需对其流道进行　重新设计。由于要求新设计的双吸离心泵设计流量　由５　７００Ｌ／ｏａｉｎ增大到７　２００Ｌ／ｍｉｎ，Ｐ—Ｑ曲线平坦且　应向大流量方向偏移；同时要求在设计工况下，效率　不低于７２％，扬程在原来的基础上增加２０％左右。　为实现该双吸离心泵的设计目标，本设计结合了　传统离心泵设计理论和基于ＣＦＤ的多工况优化设计　方法。根据新设计双吸离心泵设计的性能要求，在对　原双吸离心泵流道进行内特性分析基础上，借鉴其设　计思想，应用相似换算法得到新设计离心泵流道的初　步设计；借助ＣＦＤ分析软件对新设计的离心泵全流场　进行数值模拟，得到其性能预测结果。由性能预测结　果间接指导离心泵流道的修改和优化，从而进一步完　善设计，最终设计出满足新的运行要求的高性能双吸　离心泵。　１　某双吸离心泵流道设计　１．１设计理论与思路　长期以来，传统离心泵的设计都需要烦琐的模型　实验，这就大大增加了设计成本，也制约了离心泵的　进一步发展。近年来，随着计算机技术的发展出现了　一门新的交叉学科一计算流体动力学（ＣＦＤ），被越　收稿日期：２０１０—０８—１０　基金项目：四川省重点学科建设重点项目（ＳＺＤ　０４１２—９）；四川省科　技支撑计划重点攻关项目（２００８ＧＺ００７２）；西华大学２００８　级研究生创新基金项目（ｙｃｊｊ２００９２９）　作者简介：黄艳芬（１９８６一），女，湖南衡阳人，硕士研究生，（Ｅ—ｍａｉｌ）　ｈｙｆ８６０４１２＠ｓｉｎａ．ｃｏｉｎ　・９１・　来越广泛地应用于泵设计当中¨Ｉ２　Ｊ。通过ＣＦＤ技术　对离心泵内流场进行数值模拟，可深入了解泵复杂的　内部流动，准确快速地找出设计中存在的问题，从而　有针对性地修改设计。本文中将传统离心泵设计方　法同先进的ＣＦＤ优化设计方法结合，首先采用相似换　算，将原双吸泵的流道参数按比例放大，得到该双吸　泵整个流道的初步设计；其次，再利用ＣＦＤ分析软件　对初步设计进行数值模拟和分析，根据性能预测结　果，以逐步修改流道的方法，通过“数值模拟一修改流　道几何参数和形状一数值模拟”的多次循环，最终达　到设计目标。　１．２初步设计及修改方案　１．２．１　初步设计　由比转速计算公式可得出原双吸泵比转速与新　设计双吸离心泵比转速相近，工况相似，可应用相似　定律　Ｉ４　Ｊ，即　ｎＭ｜Ｈ　ｎ，＼／　Ａ　即为相似比，求得该相似比为１：１．１。因此　将原离心泵的主要流道参数按１．１比例放大，得到双　吸离心泵整个流道的初步设计方案。为判断新设计　的双吸离心泵是否达到设计要求，还需对其进行进一　步的分析和完善。　１．２．２修改方案１　利用ＣＦＤ分析软件对初始方案进行全流场数值　模拟，由性能预测结果可知叶片头部空化性能较差，　扬程达不到要求。本方案主要针对叶轮头部空化性　能的改善。经分析，叶片头部空化性能与叶片进口角　及叶片头部形状有极大关系，而扬程与头部空化所引　

双蜗壳式双吸泵隔板结构对叶轮径向力的影响

肖若富;吕腾飞;王福军

【摘 要】Double-volute casings were introduced to reduce the radial force

that is inherent in single-volute designs. A general three-dimensional

computational fluid dynamics ( CFD) simulation of a double-volute

centrifugal pump was presented to predict hydraulic performance and

impeller radial force. By using the shear stress transport ( SST) k - to

turbulent model, the simulation results in the form of characteristic curves

were compared with the experimental data. The result presented that the

head and efficiency of the original double-volute pump drop were 21. 8%

and 41. 3% respectively at design point due to the failed dividing rib

(splitter) in the volute casing. Thus, with the aim to analyze the effects of

rib structure on pumps, three optimized rib schemes were designed to

２　０　０　２年３月　农业机械学报　第３３卷第２期　

低比转数离心泵叶轮内的流动机理和叶轮设计　

杨军虎　

【摘要】通过分析得出影响低比转数离心泵效率的主要原因是在叶轮出口存在二次流．边界层的分离等引起　的射流一尾迹结构．提出了改进的方法。提出叶轮设计方法：加大叶轮出口宽度，增大泵体喉部面积，采用较大的叶　片出口安放有、较大的叶片包有．叶片的线型前都采用较小曲率半径。后都采用较大的曲率半径。实倒表碉此方法　能够获得较高效率和较好性能的低比转数离心泵　叙调：低比转数泵叶轮设计　中圈分娄号：ＴＨ３１３　文献标识码：Ａ　

Ｆｌｏｗ　Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｉｎｓｉｄｅ　ｔｈｅ　Ｉｍｐｅｌｌｅｒ　ｏｆ　ａ　Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ　Ｐｕｍｐ　ｗｉｔｈ　Ｌｏｗ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｓｐｅｅｄ　ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｉｍｐｅｌｌｅｒ　

Ｙａｎｇ　Ｊｕｎｈｕ　（Ｇａｎｓｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ａ　ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ　ｐｕｍｐ　ｗｉｔｈ　ｌｏｗ　ｓｐｅｃｉｆｉｃ　ｓｐｅｅｄ　ｗａｓ　ａｎａｌｙｓｅｄ　ａｎｄ　ｉｔ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｅｃｏｎｄ　ｆｌｏｗ，ｂｏｕｎｄａｒｙ　ｌａｙｅｒ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｊｅｔ—ｗａｋｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｎｅａｒ　ｔｈｅ　ｉｍｐｅｌｌｅｒ　ｏｕｔｌｅｔ　ｗｅｒｅ　ｔｈｅ　ｋｅｙ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ　ｐｕｍｐ．Ｔｈｅ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｅｎｇｉｎｅｅ￣ｎｇ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎｄｉｃａｔｅｄ　ｔｈａｔ　ａ　ｈｉｇｈｅｒ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ａｎｄ　ｂｅｔｔｅｒ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｃｏｕｌｄ　ｂｅ　ａｃｈｉｅｖｅｄ　ｉｆ　ａ　ｂｉｇｇｅｒ　ｉｍｐｅｌｌｅｒ　ｗｉｄｔｈ，ｂｉｇｇｅｒ　ｔｈｒｏａｔ　ａｒｅａ　ｏｆ　ｐｕｍｐ　ｃａｓｉｎｇ，ｂｉｇｇｅｒ　ｂｌａｄｅ　ｏｕｔｌｅｔ　ａｎｇｌｅ，ａｎｄ　ｂｉｇｇｅｒ　ｂｌａｄｅ　ｗａｒｐ　ａｎｇｌｅ　ｗｅｒｅ　ａｄｏｐｔｅｄ，ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ａ　ｓｍａｌｌｅｒ　ｃｕｒｖａｔｕｒｅ　ｒａｄｉｕｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｏｒｅｓｉｄｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｌａｄｅ　ａｎｄ　ａ　ｂｉｇｇｅｒ　ｏｎｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｒｅａｒｗａｒｄ　ｗｅｒｅ　ｔａｋｅｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　Ｌｏｗ　ｓｐｅｃｉｆｉｃ　ｓｐｅｅｄ　ｐｕｍｐｓ．Ｉｍｐｅｌｌｅｒｓ，Ｄｅｓｉｇｎ