复合式离心泵叶轮短叶片偏置设计分析
基于离心泵参数优化设计及分析
基于离心泵参数优化设计及分析为了解决离心泵扬程短、功率小的问题，文章对离心泵的参数进行了优化分析，其中包括：离心叶轮CAD参数优化设计、内流参数优化设计以及响应曲面参数优化设计。
优化设计为得到高性能运行稳定的离心泵研发提供了保证，也将会创造不可估计的社会效益和经济效益。
标签：离心泵；优化设计；水断面；流体半径引言原有离心泵在设计结构上存有一定的缺陷因素，无论是在扬程方面还是在电机运行功率方面都难以达到实际要求。
而现有模式中通过对离心泵参数的优化设计，不但解决了扬程短、功率小的缺陷，而且在离心泵叶轮设计结构上也有了一定的突破，提高了设备的运行效率。
1 离心泵叶片设计优化近年来，国内针对离心泵叶片设计的研究有了一定的突破，其中针对叶片安放角、叶片数量以及叶片出口宽度等进行了优化设计分析，叶片安放角指的是叶轮叶片进口与出口之间的夹角，若出口与进口的夹角越大，运行时产生的流体压强便越大；设计优化过程中对叶片安放角采用极限最大值算法，数值取无穷大时，该极限值会趋于0；取0时，该极限值会趋于无穷大；取定某一值时，便会趋于一个特定的数值，该数值便为叶片安放角的角度，即。
叶片数的优化设计需要根据叶轮的半径进行制定，假设在模拟过程中，设定叶轮半径维数变量为n，则在优化设计过程中需要进行2n次的流场计算，才能得到较为合理的叶数值。
针对叶片出口宽度方面的优化设计，叶片宽度根据叶片包角和叶片数量进行选定，设定叶片的包角为&、比转数为ns、z为叶片数，一般包角&的取值在90-120°，比转数固定，根据参数代换便可求出叶片出口宽度。
这种方案在现如今离心泵优化设计中较为普遍，并取得了较好的试验成果。
2 离心泵参数优化设计2.1 离心叶轮CAD参数优化设计离心叶轮CAD设计采用的是三维模式，但是由于传统设定的设计参数较为复杂，所以给叶轮流动结构的设计加大了难度。
如图1所示，在叶轮流体半径设计中，通过改变外侧半径Rc以及流道中线的长度增大离心叶轮过水断面的面积F，但是随着长度L的增加，该面积便会趋于一定峰值。
长中短叶片复合叶轮离心泵流动数值模拟
农 业 机 械 学 报
第４ ２卷 第 ３期
长中短叶片复合叶轮离心泵流动数值模拟
， ２ 崔宝玲 １ 朱祖超 １ 林勇刚 ２
（ １ ． 浙江理工大学流体传输及应用实验室， 杭州 ３ １ ０ ０ １ ８ ；２ ． 浙江大学流体传动及控制国家重点实验室， 杭州 ３ １ ０ ０ ２ ７ ）
图１ 复合叶轮结构示意图 Ｆ ｉ ｇ ． １ Ｓ ｋ ｅ ｔ ｃ ｈｍ ａ ｐｏ ｆ ｃ ｏ ｍ ｐ ｌ ｅ ｘｉ ｍ ｐ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ
表１ 叶轮的主要几何参数 Ｔ ａ ｂ ． １ Ｍａ ｉ ｎｇ ｅ ｏ ｍｅ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｆ ｉ ｍｐ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ
第 ３期 崔宝玲 等：长中短叶片复合叶轮离心泵流动数值模拟
７ ５
角， 从而改善叶轮流 道 内 扩 散 程 度 及 稳 定 叶 轮 液 流 在叶轮流道的流动， 使更高的质量流量可以流经叶 轮， 使泵取得小流量稳定性； 而且复合叶轮进口叶片 数较少， 减少了进 口 排 挤， 降 低 了 进 口 的 动 压 降； 分 流叶片在进口段可 减 少 叶 片 阻 塞， 改善或防止尾迹 的产生和发展。 随着 计 算 机 和 计 算 流 体 力 学 的 发 展， 许多学者
１～２ ］ 开式和开式。 研 究 表 明 ［ ， 闭 式 长、 中、 短叶片的
引言 离心泵低比转数叶轮有 ３种形式： 闭式复合、 半
复合叶轮离心泵可以取得小流量稳定性。这是由于 复合叶轮出口叶片 数 增 加， 可采用较大的叶片出口
收稿日期：２ ０ １ ０ ０ ４ １ ６ 修回日期：２ ０ １ ０ ０ ６ １ ７ ２ ０ ７ ０ ６ ０ ４ ９ 、 ５ ０ ９ ７ ６ １ ０ ５ ） 和浙江省自然科学基金资助项目（ Ｒ １ １ ０ ０ ５ ３ ０ ） 国家自然科学基金资助项目（ 作者简介：崔宝玲， 副教授，主要从事流体机械的汽蚀特性与数值模拟研究，Ｅ ｍ ａ ｉ ｌ ：ｂ ｌ ｃ ｕ ｉ ＠ｚ ｓ ｔ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ
离心泵复合叶轮短叶片偏置设计研究
１ 复合叶轮的叶片数确定
叶片数的确定是泵叶轮设计的关键内容之 一。 叶片数太少， 扬程降低、 叶轮流道扩散严重；
式中， c 为待定常数。忽略流道中边界层分离及 流体的粘性。那么叶片压力面上的相对速度 w p：
p
w = 2ωrn + c （３）
所以只须保证 wav − ωrn + ωrn e −a r > 0
n
则
ωrn a < rn ln （７） ωrn − wav πD2 sin β 2 − δ a ≈ （８） Z
s W
β
rn
n
dn ds r u
ω
图１ 叶轮流道内流体质点
在叶片出口附近可认为流线曲率半径rn沿流 线法线 n 方向不变， 将（１）式沿 n 方向积分得到：
（２） w = 2ωrn + ce − n r
假设总叶片数为 Z ， 那么在出口处
式中， δ为叶片的法向厚度。 下标２表示出口处的 参数值。由以上两式得到：
πD2 sin β 2 Z> （９） ωrn , 2 rn ,2 ln +δ ωrn ,2 − wav ,2
n
ＤＲＡＩＮＧＥ ＡＮＤ ＩＲＲＩＧＡＴＩＯＮ ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ Vol. 22 No. 3
求，推荐 k = ０．２ 。
s
式中， a 为流线法线方向上叶片间的距离。 叶轮流道内部的相对速度变化可以近似简化 为一次线性规律， 这样 w p和 w s的平均值就可以看 作为叶轮流道内的平均相对速度， 也就是：
详实的实验数据， 便于比较验证。该算例为：模 型泵 ＩＳ６５－４０－２００，设计参数为 Q ＝ ２５ ｍ ３／ｈ 、 H ＝ ５０ ｍ、 P ＝ ７．５ ｋＷ、 n ＝ ２９００ ｒ／ｍｉｎ， 比转速为 ４７。进口叶片安放角为 ２５° ， 出口叶片安放角为 ３２° 。试验采用了 ４ 因素３ 水平共九次试验， 见表 １。这里只研究前 ３ 个因素，见图 ２ 。试验方案 见表 ２ 。
离心泵——叶轮设计说明书
主要设计参数本设计给定的设计参数为： 流量Q=33500.01389mmhs=，扬程H=32m ，功率P=15Kw ，转速1450minrn =。
确定比转速s n根据比转速公式343.65145046.3632s n ⨯=== 叶轮主要几何参数的计算和确定1. 轴径与轮毂直径的初步计算1.1. 泵轴传递的扭矩3159.5510955098.81450t P M N m n =⨯=⨯=⋅其中P ——电机功率。
1.2泵的最小轴径对于35号调质钢，取[]5235010Nm τ=⨯，则最小轴径0.02424d m mm ==== 根据结构及工艺要求，初步确定叶轮安装处的轴径为40B d mm =，而轮毂直径为(1.2~1.4)h B d d =,取51h d mm = 2. 叶轮进口直径jD 的初步计算取叶轮进口断面当量直径系数0 4.5K =，则0 4.50.09696D K m mm ====对于开式单级泵，096j D D mm == 3. 叶片进口直径1D 的初步计算由于泵的比转速为46.36，比较小，故1k 应取较大值。
不妨取10.85k =，则110.859682j D k D mm ==⨯=4. 叶片出口直径2D 的初步计算220.50.5246.369.359.3513.7310010013.730.292292s D D n K D K m mm --⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪⎪⎝⎭⎝⎭====5. 叶片进口宽度1b 的初步计算()002221114/4//v vm j j hvQ Q V V D D d Q b DV ηηππηπ===-=所以 220111144j j v V D D b V D K D ==其中，10v V K V =,不妨取0.8v K =，则22118535.42440.863.75jv D b mm K D ===⨯⨯6. 叶片出口宽度2b 的初步计算225/65/6246.360.640.640.33731001000.33730.00727.2s b b n K b K m mm ⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪⎪⎝⎭⎝⎭====7. 叶片出口角2β的确定取2β=15°8. 叶片数Z 的计算与选择取叶片数Z=8，叶片进口角0155.8β=。
加装短叶片离心叶轮的参数优化及实验研究
收稿日期:2007-01-29; 修订日期:2007-04-16作者简介:吕玉坤(1964-),男,河北保定人,华北电力大学副教授.文章编号:1001-2060(2008)02-0131-04加装短叶片离心叶轮的参数优化及实验研究吕玉坤,王 建,张 健,卢 权(华北电力大学能源与动力工程学院电站设备状态监测与控制教育部重点实验室,河北保定071003)摘 要:利用NUMECA软件对G4 73No.8D型离心风机进行了叶轮内部流场的三维数值模拟和流动分析,发现在叶轮出口处存在着明显的射流-尾流结构。
为削弱这一结构对风机性能的不良影响,对风机叶轮进行了加装短叶片的数值模拟,依据叶轮流场的改善情况,确定了短叶片的优化参数,并在此基础上,进行了风机性能的对比性实验。
结果表明,改进后的风机全压明显提升,其额定工况下的效率有所提高,高效区有小幅加宽。
关键词:离心风机;射流-尾流;短叶片;数值模拟;实验研究中图分类号:TH432 文献标识码:A引 言风机耗电量约占火电机组发电总量的1.5%~ 3%,其运行费用已直接影响到电厂的经济性[1]。
目前离心风机在我国电厂中仍占有较大比例,且随着除尘、脱硫装置等设备的增加和送风系统的老化,原有风机已不能满足生产需要,而更换新的风机将增加设备投资和运行费用。
因此,研究和改造现有离心风机以提高其性能,对电厂的节能增效具有重要意义。
研究表明[2~3]:有限叶片叶轮对流体的做功存在不均匀性,在叶片非工作面边界层分离严重,存在明显的射流-尾流结构,阻碍了流体在叶轮流道内的流动,恶化了风机性能。
在叶轮流道内容易发生边界层分离的部位加装短叶片会对非工作面附近的流体起到加功作用,可有效地抑制边界层分离现象的发展。
1 叶轮加装短叶片前、后的数值模拟及参数优化以G4 73No.8D型离心风机为具体研究对象,利用NUMECA软件对加装不同参数短叶片的离心叶轮流场进行数值模拟研究,以确定短叶片的优化参数。
离心风机叶轮加装短叶片改造实验研究
Ｅｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｆ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ｉ ｆ ｕ ｇ ａ ｌ ｆ ａ ｎ ｉ ｍｐ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ ｓ
ห้องสมุดไป่ตู้
ｉ ｎ ｓ ｔ ａ ｌ ｌ ｅ ｄ ｓ ｈ ｏ ｒ ｔ ． ｂ ｌ ａ ｄ ｅ ｓ
Ｌ Ｖ Ｙｕ— ｋ ｕｎ，Ｌ Ｉ Ｕ Ｈａ ｌ — ｆ ｅ ｎ ｇ， Ｚ ｈ ａ ｎ ｇ Ｊ ｉ ａ ｎ （ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ／ ｎ ｇ ，Ｎ ｏ ｔ ｒ ｈ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｐ ｏ ｗｅ ｒ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｂ ａ ｏ ｄ ｉ ｎ ｇ ０ ７ １ ０ ０ ３，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
心式 风机 加装 短叶 片 ，并进 行 风 机性 能 实 验 和噪
０ 引 言
能 源消耗 大 、噪声 污 染严 重 的风 机是 一 种被 广泛 应用 于 国 民经 济各 个 部 门的通 用 设备 。通 常 使 用 的风机 主要有 轴 流 式风 机 、离 心 式 风机 和 混 流 式风 机 。从 行业 角 度来 讲 ，离 心 式 风机 的使 用 量 最大 ，约 是轴 流式 风 机 的两 倍 多 。在火 电厂 中
Ｊ ａ ｎ ．，２ ０１ ３
ｄ ｏ ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． Ｉ Ｓ Ｓ Ｎ ． １ ０ ０ ７—２ ６ ９ １ ． ２ ０ １ ３ ． Ｏ １ ． ０ １ ５
离心 风机 叶轮 加 装 短 叶片 改造 实 验研 究
吕玉坤 ，刘 海峰 ，张 健
（ 华 北 电力 大 学 能 源 动 力 与 机 械 工 程 学 院 ，河 北 保 定 ０ ７ １ ０ ０ ３ ）
长短叶片离心泵叶轮内部流动的PIV测量
2007年2月农业机械学报第38卷第2期长短叶片离心泵叶轮内部流动的P IV 测量3陈松山 周正富 葛 强 耿卫明 闻建龙 罗惕乾 【摘要】 设计了一副长短叶片各5个间隔布置的离心泵叶轮,应用二维粒子图像速度仪(2D 2P I V )成功测试了大流量、设计流量和小流量3种工况下长短叶片同一叶槽内的瞬时流场。
测试结果充分揭示了长短叶片叶轮内速度矢量场特征及长叶片吸力面、压力面和短叶片压力面、吸力面相对速度随叶轮半径的变化规律。
分析了3种工况下相对速度沿圆周方向的变化规律。
关键词:离心泵 长短叶片 P I V 测量 流场中图分类号:TH 311;TV 136+12文献标识码:AP IV M ea surem en t of I n terna l Flow i n Cen tr ifuga lPu m p I m peller w ith Spl ittersChen Songshan1,2 Zhou Zhengfu 1 Ge Q iang 1 Geng W ei m ing 1 W en J ian long 2 L uo T iqian2(11Y ang z hou U n iversity 21J iang su U n iversity )AbstractA five 2b laded cen trifugal p um p i m p eller w ith five sp litters w as designed fo r the exp eri m en t .D etailed 2D 2P I V m easu rem en ts of flow fields abou t th ree differen t fluxes in side the sam e ro tating b lade 2to 2b lade p assage have been successfu lly p erfo rm ed in con juncti on w ith the overall p um p p erfo rm ance m easu red sep arately .T he com p lex in ternal flow p attern s w ere acqu ired and the relative velocity varying law near the sucti on su rfaces and p ressu re su rfaces of long b lades and the op erati on sides and oppo site sides of sho rt b lades w ere also revealed .B lade 2to 2b lade distribu ti on s of the relative velocity abou t th ree fluxes w ere ob tained at differen t radial stati on s.Key words Cen trifugal p um p ,I m p eller w ith sp litters ,P I V m easu rem en t ,F low field收稿日期:200508123江苏省高校自然科学基金基础研究项目(项目编号:06KJB 470126)和江苏省重点实验室开放基金资助项目(项目编号:KJS 02025)陈松山 扬州大学能源与动力工程学院 副教授 博士生(江苏大学),225009 扬州市周正富 扬州大学能源与动力工程学院 硕士生葛 强 扬州大学能源与动力工程学院 副教授 博士生(河海大学)耿卫明 扬州大学能源与动力工程学院 硕士生闻建龙 江苏大学能源与动力工程学院 教授 博士,212013 镇江市罗惕乾 江苏大学能源与动力工程学院 教授 博士生导师 引言长短叶片离心泵研究始于20世纪70年代,前苏联ХлопенковПР[1]设计了两段变曲率大出口角(Β2=90°)长短叶片复合式叶轮,研究表明:泵扬程明显增加,效率在大流量区提高5%～15%,汽蚀、噪声也得到改善。
离心泵叶轮设计方法的探讨
离心泵叶轮设计方法的探讨离心泵叶轮的设计是离心泵性能决定的关键因素之一、离心泵叶轮将液体的动能转化为静压能，其设计对于泵的效率、流量和扬程等性能参数有着重要的影响。
本文将从叶轮的几何形状、通道设计和材料选择等方面探讨离心泵叶轮的设计方法。
首先，离心泵叶轮的几何形状对泵的性能有着重要的影响。
叶轮的叶片数目、倾角和弯度等参数应根据泵的使用场景和所需性能来选择。
叶片数目的选择应考虑流体的特性、流量和扬程等因素，一般来说，叶片数目越多，泵的效率越高，但过多的叶片会增加摩擦损失，从而降低泵的效率。
叶片的倾角和弯度则决定了流体在叶轮中的流动情况，倾角适当增大可以提高泵的扬程，但也会增加泵的压力损失。
其次，叶轮的通道设计是叶轮性能优化的关键。
通道的设计包括进口通道、叶片形状和出口通道三个方面。
进口通道应尽量减小流体的流量不均匀性，减小流体的涡流损失。
叶片的形状应使得流体在通过叶轮时能够稳定地流动，减小涡流损失和漏流现象。
出口通道应能够使流体的速度适当增大，以提高泵的扬程。
通道设计的优化可以通过计算流体的传递过程中的各种流动参数，然后进行较为复杂的模型计算或者使用计算流体动力学（CFD）软件仿真分析。
最后，叶轮材料的选择也对离心泵叶轮的性能有着直接的影响。
叶轮在工作中需要承受较大的离心力、摩擦和冲击，因此材料选择应考虑到强度、耐磨性和耐腐蚀性等因素。
一般来说，常用的叶轮材料包括铸铁、不锈钢和耐腐蚀合金等。
不同的泵工况需要使用不同的叶轮材料，因此应根据实际工作条件进行选择。
综上所述，离心泵叶轮的设计涉及叶轮几何形状、通道设计和材料选择等多个方面。
针对不同的工况和需求，可以通过调整叶轮的几何参数和通道设计来实现泵的性能优化。
通过合理选择叶轮材料，可以提高泵的耐久性和使用寿命。
离心泵叶轮的设计方法需要综合考虑多种因素，以确保泵的运行稳定和高效。
离心泵叶片的参数化设计及其优化研究
离心泵叶片的参数化设计及其优化研究一、本文概述离心泵作为一种常见的流体输送设备，广泛应用于工业、农业、城市供水等领域。
叶片作为离心泵的核心部件，其设计质量直接影响到泵的性能和效率。
因此，对离心泵叶片的参数化设计及其优化研究具有重要的理论价值和实际应用意义。
本文旨在通过对离心泵叶片的参数化设计进行深入研究，建立一套高效、精准的叶片设计方法。
在此基础上，进一步探讨叶片设计的优化策略，以提高离心泵的性能和效率。
本文的研究内容涵盖了离心泵叶片的几何参数、流体动力学特性、优化设计方法等多个方面，旨在为离心泵的设计制造提供理论支持和技术指导。
本文将对离心泵叶片的几何参数进行详细的分析和研究，包括叶片的形状、尺寸、安装角度等。
通过对这些参数进行参数化描述，建立起叶片设计的数学模型，为后续的优化设计提供基础。
本文将深入研究离心泵叶片的流体动力学特性，包括流场分布、压力分布、速度分布等。
通过对这些特性的分析，可以进一步揭示叶片设计对泵性能的影响机制，为优化设计提供理论依据。
本文将探讨离心泵叶片的优化设计方法。
通过采用先进的优化算法和计算流体力学技术，对叶片设计进行迭代优化，以达到提高泵性能和效率的目的。
还将对优化后的叶片设计进行实验验证，以确保其在实际应用中的可行性和有效性。
本文将对离心泵叶片的参数化设计及其优化进行深入研究，旨在建立一套高效、精准的叶片设计方法，并探讨其在实际应用中的优化策略。
本文的研究成果将对离心泵的设计制造具有重要的指导意义，有望推动离心泵技术的进一步发展。
二、离心泵叶片参数化设计离心泵叶片的参数化设计是一个涉及多个复杂因素和多学科知识的综合性问题。
在进行参数化设计时，我们需充分理解离心泵的工作原理和流体动力学特性，并结合现代设计方法和计算机技术，以实现高效、精确的叶片设计。
叶片的几何参数是参数化设计的核心。
这些参数包括但不限于叶片的进口角、出口角、叶片数、叶片厚度、叶片安装角等。
这些参数的选择直接影响到泵的性能，如流量、扬程、效率等。
离心泵性能分析及优化设计
离心泵性能分析及优化设计离心泵是一种常用的流体传动机械，其在各种工业领域中都得到了广泛应用。
离心泵的工作原理是利用离心力将流体送往泵出口处。
然而，离心泵在实际应用中也存在一些问题，如性能不稳定、效率低下等。
因此，对离心泵的性能进行分析和优化设计是非常必要的。
一、离心泵的工作原理离心泵的主要工作原理是利用离心力将流体送往泵出口处。
离心泵包括一个转子和一个定子。
转子是由叶轮和轴构成的，定子则由泵壳和各种布局组成。
当泵启动时，叶轮开始旋转，流体进入叶轮并被加速到离心力的作用下，流体从叶片的间隙中沿着叶轮的轨道被压缩，并沿轴向进入泵出口。
当流体经过泵出口时，它有可能被过滤、保温或者被其他设备再次使用。
二、离心泵的性能分析离心泵的性能指标包括流量、扬程和效率三个方面。
流量是指在单位时间内通过泵的流体体积，扬程是指单位重量的流体被送到一定的高度所需要的功率。
效率是指泵的输出功率与泵的输入功率之比。
对于离心泵的性能分析，需要考虑以下几个方面：1.几何参数的影响离心泵的几何参数是影响其性能的重要因素，如叶轮直径、进口直径、出口直径、叶片数等。
研究表明，对于相同的工作点和相同的进口直径，叶轮直径的增加会导致流量增加，扬程降低;而对于相同的流量和相同的叶轮直径，进口直径的增加会导致扬程降低，流量增加。
这些参数的变化对离心泵的性能具有重要影响，需要综合考虑。
2.流体属性的影响离心泵的流体属性也会对其性能产生影响。
如流体粘度、密度等。
流体粘度增加时，会导致泵的扬程降低，流量减少。
密度增加时，会导致泵的扬程增加，流量降低。
因此，要根据流体属性来选择离心泵。
3.运行状态的影响离心泵的运行状态也会对其性能产生影响。
如流量、扬程和效率等。
流量和扬程的变化与转速、进口压力和负荷有关系。
在不同的工况下，离心泵的性能也会有所不同。
为了保证离心泵的正常运行，需要正确选择其运行状态。
三、离心泵的优化设计为了优化离心泵的性能，需要在设计过程中考虑以下几个方面：1.叶轮的设计叶轮是离心泵中最关键的部件之一，叶轮的设计与离心泵的性能直接相关。
基于先进控制流理论的偏置叶片优化方法
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基 于 先进 控 制 流 理 论 的偏 置 叶 片优 化 方 法
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三副长短叶片离心泵的三维湍流数值模拟研究
产 生 和发 展 ，增 大 了有 限叶 片修 正系 数 ，从 而增 加 泵 扬程 、减 小 叶轮 外径 ，可有 效地 改善 叶轮 内
部流 速 分布 ，提 高泵 性 能 ，按此 设计 理念 设 计 的 低 比速 离 心泵 在 实 际工程 中 已得到 一 定应 用 【 Ｊ Ｊ 。
分点和 叶轮 圆心连线 的夹 角表示 （ 如 图 １所 示） 。
机 电技术
表 １ 分流短叶片位置参数
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化 设计 方法 已成 为 一种 趋势 。本 文将 基 于整 泵 的
三 维湍 流数 值模 拟 ，研 究三 种不 同短叶 片设 置方 案 的离 心泵 内流 场和 外 特性 ，并 进 行对 比分 析 ，
研 究结 果对 长 短叶 片离 心泵 的优 化 设计 具有 一定 的参 考价 值 。
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１ 模型 的建立
１ ． １ 模型 泵参数 本 文 数 值 模 拟 计 算 所 采 用 的复 合 叶轮 的 叶
长短叶片厚度均为５ ｍｍ
图 １ 长短 叶片离心泵叶轮
片骨 线 线型均 为 单 圆弧 （ 如 图 １所示 ） 。叶轮 的主
要几 何 参数 ： Ｄ】 ＝ ７ ５ ｍｍ， Ｄ２ ＝ １ ８ ０ ｍｍ， ｂ 】 ＝ １ ２ ｍｍ， ｂ ２ ＝ ９ ｍｍ，ｄ ｏ ＝ ４ ０ ｎ ｌ ｒ ｎ ， Ｄｏ ＝ ６ ５ ｍｍ，ｆ ｌ １ ＝ ２ ５ ， ， ８ ２ ＝ ３ ３ ， Ｚ ＝ １ ０ 。蜗壳的型线采用对数螺旋线 。为研究分流 短 叶片 进 口在 同一截 圆 处不 同偏 置 方案对 离 心泵
一种基于叶片载荷分布的离心泵复合叶轮设计方法
一种基于叶片载荷分布的离心泵复合叶轮设计方法引言离心泵是工业领域中常用的流体输送设备之一，正确定义合理的叶轮结构对于离心泵的性能和效率至关重要。
本文介绍了一种基于叶片载荷分布的离心泵复合叶轮设计方法，该方法能够优化叶轮结构，提高离心泵的工作效率和性能。
离心泵工作原理离心泵通过离心力将液体从进口吸入，然后通过旋转的叶轮产生的离心力将液体输送到出口。
离心泵主要由泵体、叶轮、轴和密封装置等组成。
其中，叶轮是离心泵中最关键的部件之一，其结构和设计直接影响着泵的性能。
传统离心泵叶轮设计方法传统的离心泵叶轮设计方法主要采用经验公式和试验研究的结合来确定叶轮的各项参数。
这种方法虽然简单易行，但存在着效率低、设计周期长、经验依赖性强等问题。
为了克服传统设计方法的不足，提高离心泵性能和效率，本文提出一种基于叶片载荷分布的离心泵复合叶轮设计方法。
基于叶片载荷分布的离心泵复合叶轮设计方法本文提出的基于叶片载荷分布的离心泵复合叶轮设计方法包括以下步骤：步骤一：流场分析首先，通过数值模拟等方法对离心泵的流场进行分析。
通过计算得到叶轮各个位置处的流速、压力等参数，为后续的叶片载荷分布分析提供依据。
步骤二：叶片载荷分布分析根据步骤一中得到的流场分析结果，采用流场叠加法和叶轮载荷平衡原理，计算得到叶轮各个位置处的叶片载荷分布。
叶片载荷分布是确定叶轮结构和叶片形状的重要依据。
步骤三：叶轮结构优化基于叶片载荷分布，采用优化算法对叶轮结构进行优化设计。
通过调整叶片的弯曲角度、进出口截面积等参数，使得叶轮在工作过程中具有更好的叶片载荷分布和流体输送性能。
步骤四：性能评估和验证对优化后的叶轮进行性能评估和验证。
通过数值模拟及实验验证等方法，评估叶轮的工作效果和性能指标，如流量、扬程、效率等。
根据评估结果，进一步优化叶轮设计，直至达到设计要求。
结论本文介绍了一种基于叶片载荷分布的离心泵复合叶轮设计方法。
该方法通过流场分析、叶片载荷分布分析、叶轮结构优化和性能评估验证等步骤，能够有效提高离心泵的工作效率和性能。
一种基于叶片载荷分布的离心泵复合叶轮设计方法
一种基于叶片载荷分布的离心泵复合叶轮设计方法
离心泵的复合叶轮设计方法基于叶片载荷分布，以实现叶轮工作效率的提高和流体流动的优化。
下面是一种基于叶片载荷分布的离心泵复合叶轮设计方法：
1. 定义设计指标：根据离心泵的工作条件和要求，确定设计指标，如流量、扬程、转速等。
2. 初步选型：根据设计指标和已有的叶轮类型，初步选择叶轮的类型和几何参数。
这些参数包括叶轮进口和出口的半径、叶片数、叶片高度、进口和出口叶片角度等。
3. 叶片载荷分布计算：根据叶轮的类型和几何参数，利用流体力学理论和数值计算方法，计算叶片在不同位置的载荷分布。
这可以通过计算叶片上的受力、压力分布和涡量等参数得到。
4. 叶片形状优化：根据叶片载荷分布的计算结果，结合流体力学的原理和经验，调整叶片的形状，以使叶片在工作过程中的载荷得到更合理的分布。
这可能包括调整叶片的弯度、翼型曲线等。
5. 叶轮流动优化：通过数值模拟或试验验证，评估优化后的叶轮的工作性能。
这可以包括叶轮的效率、流量特性、压力特性等。
根据评估结果，可以对叶轮形状进行进一步调整和优化。
6. 叶轮细节设计：根据优化的叶轮形状，进行叶片的细节设计，包括叶片的厚度、弯曲角度、叶片连接结构等。
这需要考虑叶
片的材料和制造工艺。
7. 叶轮制造和试验：根据细节设计，制造叶轮，并进行试验验证。
试验可以包括叶轮的静态试验和动态试验，以评估叶轮的性能和可靠性。
通过以上步骤，可以基于叶片载荷分布设计出优化的离心泵复合叶轮，提高泵的工作效率和流体流动的优化效果。
复合式离心叶轮_概述及解释说明
复合式离心叶轮概述及解释说明1. 引言1.1 概述复合式离心叶轮是一种常用于压缩机、风机和涡轮机等设备中的重要部件。
它以其良好的气动性能和高效能而受到广泛关注。
复合式离心叶轮由多个分离的曲线导叶片和离心转子组成，可以有效地改善流场质量，提高运行效率，并满足不同工况下的要求。
1.2 文章结构本文将全面介绍复合式离心叶轮的定义、特点、设计与分析方法，以及制造工艺与检测技术。
主要内容包括以下几个方面：- 复合式离心叶轮的定义与特点：首先阐述了离心叶轮的基本原理，然后详细介绍了复合式离心叶轮的组成和结构，以及其在不同领域中的优势和应用。
- 复合式离心叶轮的设计与分析：探讨了设计流程和方法，包括几何参数设计、流场计算以及性能预测等方面；同时重点研究了离心力和压力分布的分析方法，并介绍了流体力学性能参数评价的相关方法。
- 复合式离心叶轮制造工艺与检测技术：细致描述了复合式离心叶轮的制造工艺流程和关键技术要点，包括材料选用、加工工艺控制等方面；同时讨论了静态和动态性能测试的方法以及指标要求。
- 结论与展望：总结回顾了复合式离心叶轮的概念和研究现状，提出存在问题，并对未来发展方向进行了展望。
1.3 目的本文旨在全面介绍复合式离心叶轮的定义、特点以及设计与分析方法，以期为相关领域的从业人员和研究人员提供一份详尽而清晰的参考资料。
通过深入探讨其制造工艺与检测技术，希望进一步推动并促进该领域的发展。
我相信本文内容将对读者具有较高的实用性和指导意义。
2. 复合式离心叶轮的定义与特点：2.1 离心叶轮的基本原理：离心叶轮是一种常见的动力机械装置，其基本原理是通过转动产生离心力来增加流体能量并实现流体的输送和压力增加。
离心叶轮通常由多个叶片组成，这些叶片以特定的角度固定在一个中心轴上。
当叶轮旋转时，流体被迫处于高速旋转状态，并因离心力而被甩出。
这导致了流体中动能的增加，从而提供了更高的压力和流量。
2.2 复合式离心叶轮的组成和结构：复合式离心叶轮是对传统离心叶轮结构的一种改进和创新。
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少叶片出口处流动法向宽度 a ,改善叶轮内部流动
速度分布并防止回流产生. 但根据式 (9) 计算得到的
叶片数太多 ,这样 ,既实现不了设置短叶片的初衷 ,
而且在实际生产制造中也很难做到 ,因此需要对式
(9) 进行修正 :
Z
>
kπD2sin β2
r
n
,
2l
n
ωrn
ωr
,2 -
n
,
2
w
av
,
2
+δ
(10)
叶片之间的栅距) 、短叶片长度为稍大于长叶片的 1/ 2 时效果最佳. 这里得出的结论与文献[ 7 ,8 ]的结 论一致.
致谢 :本文得到兰州理工大学学术梯队及特色 研究方向的重点资助 ,在此表示感谢.
参考文献 :
[ 1 ] 查 森. 叶片泵原理及水力设计 [ M ] . 北京 :机械工业出版社 , 1988.
粘性流场的影响 [J ] . 风机技术 ,2000 , (6) :326.
© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
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第 4 期 齐学义等 :复合式离心泵叶轮短叶片偏置设计分析 · 61 ·
图 1 叶轮流道内流体质点
Fig. 1 Fluid particle in impeller passage
在叶片出口附近可以认为流线曲率半径 rn沿 n
方向不变 ,所以将式 (1) 沿 n 方向积分得到 :
w = 2ωrn + ce - n/ rn
(2)
式中 , c 为待定常数. 忽略流道中边界层分离以及流
a
<
r
பைடு நூலகம்nl
nωr
ωr
n-
n
w
av
(7)
假设总叶片数为 Z ,那么在出口处 :
a
≈πD2
Z
sin
β2
-
δ
(8)
式中 ,δ为叶片的法向厚度 ,下标 2 表示在出口处的
参数值. 所以由以上两式得到 :
Z
>
πD2sin β2
r
n
,
2l
n
ωrn
ωr
,2 -
n
,
2
w
av
,
2
+δ
(9)
设计短叶片偏置叶轮的实质是增加叶片数 ,减
Abstract : A criterion is established for impeller design of cent rif ugal pumps wit h short blades , which states
t hat t he disposition of t he latter should make t he backflow in flow passage of t he impeller minimum. According to t his principle , t he backflow patterns in t he impeller wit h differently off set short blades are analyzed for a sit u2 ation in engineering practices by using t he slippery t heory. Therefore , t he optimal disposition of off set short blades in t he cent rif ugal impeller is obtained. The computational result as well as t he conclusion obtained is well consistent wit h t hose f rom t he experiment s.
Analysis of impeller design of compound centrif ugal pumps with off set short blades
Q I Xue2yi , N I Yong2yan
(College of Fluid Power and Control , Lanzhou Univ. of Tech. , Lanzhou 730050 , China)
[ 5 ] 关醒凡. 现代泵技术手册 [ M ] . 北京 :宇航出版社 ,1995. [ 6 ] 吴望一. 流体力学 [ M ] . 北京 :北京大学出版社 ,1983. [7 ] 袁寿其. 低比速离心泵理论与设计 [ M ] . 北京 :机械工业出版
社 ,1997. [ 8 ] 罗 晟 ,蔡兆麟. 变叶片数和长短叶片结构对离心叶轮内三维
对于低比转速叶轮 ,一般选取修正系数 k = 0. 2[1 ] .
根据上述修正可以看出 ,在实际中 ,由于叶轮的
叶片数肯定要小于要求的叶片数 ,因此 ,在实际叶片
流道内部显然是存在回流的. 所以 ,偏置短叶片就是
应该使叶轮流道内部产生的回流区域尽量最小 ,这
就是本文提出的短叶片偏置设计的准则.
2 滑移理论及应用
收稿日期 : 2003203217 作者简介 : 齐学义 (19452) ,男 ,辽宁台安人 ,教授 ,博导.
而引起的泵性能下降等问题. 但短叶片的布置位置 和翼型长度对泵的性能也有较大影响. 为探知其究 竟 ,依据本文提出的短叶片偏置设计的原则 ,采用滑 移理论对其进行了分析计算 ,并与测试结果进行对 比等 ,做了些有益的尝试.
different lengths of short blades
4 结论
1) 提出了短叶片偏置的准则 ,即偏置短叶片的 目的就是要使叶轮流道内部的回流区域最小.
2) 应用滑移理论对偏置短叶片叶轮内部的回 流区域的大小进行了分析. 分析表明 ,当短叶片偏置 为距离叶片工作面为 0. 55～0. 65 栅距 (长叶片与长
第 29 卷 第 4 期 2003 年 12 月
甘 肃 工 业 大 学 学 报 Journal of Gansu University of Technology
文章编号 : 100025889 (2003) 0420060204
Vol. 29 No. 4 Dec. 2003
复合式离心泵叶轮短叶片偏置设计分析
在上面的推导中 ,没有考虑叶片进口处吸力面
的边界层分离与脱流 ,以及流体的粘性等因素的影
响 ,因此并不能精确地反映叶轮流道内完全真实的
流动情况 ,若想较准确地反映出叶轮流道内的实际
流动情况 ,须进行大涡模拟计算 ,这是本研究内容的
后续工作 ,其计算应用实例见文献[ 3 ,4 ] . 这里给出
的平均相对速度可作为设计的参考依据 ,设计时只
齐学义 , 倪永燕
(兰州理工大学 流体动力与控制学院 , 甘肃 兰州 730050)
摘要 : 建立了一个衡量离心泵叶轮短叶片偏置设计的准则 :短叶片的布置位置应使叶轮流道内可能出现的回流区 域为最小的原则. 依此原则 ,文中以滑移理论为工具 ,实例分析计算了短叶片在不同偏置位置时叶轮内部的回流情 况 ,进而得到了离心泵叶轮短叶片应偏置的最佳位置. 该例的计算结果和从中所得结论与实测数据和结果完全吻 合. 关键词 : 复合式离心泵 ; 短叶片偏置 ; 叶轮流道 ; 滑移理论 ; 回流区域 中图分类号 : T K730. 2 文献标识码 : A
要保证 w p 和 w s都大于 0 ,就可以防止叶轮流道内
的回流和脱流的产生. 这样 ,根据式 (6) 得到 :
w av - ωrn + ωrne - a/ rn > 0
w av - ωrn + ωrne a/ rn > 0 所以只须保证
w av - ωrn + ωrne - a/ rn > 0 则
体的粘性. 当 n = 0 时得到的是叶片压力面上的相
对速度 :
w p = 2ωrn + c
(3)
当 n = a 时 ( a 为流线法线方向上叶片间的距
离) 得到的是叶片吸力面上的相对速度 :
w s = 2ωrn + ce - a/ rn
(4)
叶轮流道内部的相对速度变化可以近似简化为
一次线性规律 ,这样 w p 和 w s 的平均值就可以看作 为叶轮流道内的平均相对速度 ,即
根据滑移理论[5 ] ,在叶轮一个流道内部形成的 环量[6 ]为
Γ=
1 2
t2ωsin β2
式中 , t 为两叶片间流道出口周向长度. 作 A O , B O
线垂直于轴向旋涡流线 ,并把曲边 △A OB 近似看成
直角三角形 (见图 2) .
图 2 轴向旋涡分析 Fig. 2 Analysis of axial vortices
由图 2 的几何关系可得到 :
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· 6 2 · 甘 肃 工 业 大 学 学 报 第 29 卷 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
1 叶片数的计算与短叶片偏置设计准 则的提出
叶片数的计算是泵叶轮设计的主要内容之一.
因为叶片数太少 ,会导致流道扩散严重 ; 叶片数太