基于某冷却系统水泵的研究与分析

1　结构设计
1.1　离心泵设计参数
根据客户要求,Q=50m 3/h 、H=12m 、N=5000rad/min 。

叶轮设计参数如表1所示。

表1　初步参数
项目Ds Dd ns D0D1D2β2Z b2参数
22
20
82
22
18
47
22.5
12
10.5
1.2　尺寸确定
叶轮作为水泵核心部件，叶轮通过电动机带动旋转；水体惯性能量提高使得静压头上升。

在特定工况下，如果叶轮设计没有较好的平衡稳定性，就会在泵入口和叶片处产生水力损失和间隙损失。

本设计中为提高能量效率，初始考虑将叶轮与泵壳之间间隙设计为1.3mm ，并且选用后弯式叶片。

2　数据分析
整个泵技术重要参数包括有效压头H ，轴功率N ，效率η以及流量Q ，是客户必检数据。

通过分析泵的具体参数和性能，尤其是最佳经济设计点，不但可以提高效率，同时可以降低运行故障和成本。

本设计水泵分四个转速，根据不同客户要求调节不同转速，NO.001次实验选用6000rad/min ，扬程H 为12.5m ，功率最大流量为150L/min ，最佳工况点为95L/min ，功率最大为350W 。

实验NO.002其他参数不变，出口高度下降5mm ，参数b2为5.5mm ，测试结果功率下降，运行相对稳定、噪声降低，同时Q 依然很大。

实验NO.003相对于第二次试验，改变安放角β2为35°。

基于5000rad/min 转速的下降至功率为170W ，扬程H 为8m ，流量基本符合客户要求。

本次实验震动、发热以
及实际电流都有所降低，但扬程不够，效率降低十几个百分点；同时，改进设计结构叶轮的出口必须与泵壳相配应，也就是说设计中修改叶轮出口中心高度必须与泵壳同步，整改叶轮与泵壳的结构减小沿程和局部能量损失。

3　技术改进
3.1　流量换功率，保持扬程
压出室是以最小损失将经过叶轮做功的水流收集起来，引向吐出口同时一部分动能就被转化为静压头；叶轮与压出室的配合对水泵影响非常重要，采用螺旋形涡室。

根据试验测试，对设计参数D 2和β2进行修改。

本设计中保持转速5000rad/min ，叶轮入口略有增加；由于低转比设计入口V u1为1.6m/s ，相对起初设计有一定降低。

泵壳出口按照流线设计，通过方接圆弧形过度设计减小能量损失，蜗壳渐开线与之紧密配合，总高度降低8mm ，去除尾部引流厚度可以将叶片后移降低b 高度控制在0.5mm 。

由于实际运转过程中收到压差影响，轴向推力会迫使叶轮在有一定间隙情况下与泵体分离；降低叶轮的整体高度时减小圆周摩擦，增加叶轮直径，从而降低功率、降低流量以及提高扬程。

NO.004测试结果扬程基本达到12m 要求，流量降低最大为50L/min ，降幅过大，功率最大值160W 还有很大功率换取空间。

3.2　直径换功率，保持流量
N0.001与N0.004相比，通过流量换取功率取得明显效果；同时，保持扬程但实际测得Q 偏小，Q/H —P 曲线如图1所示。

本次实验考虑直径换功率，保持流量，提高效率。

基金项目：国家自然基金（41201294）；山西省青年科技基金（2009021019-3）。

（南通纳侬精密机械有限公司，南通 226300）
摘　要：根据客户要求及给出的初步设计参数，得出水泵曲线；同时，描述了直径不变时通过改变b2、β等参数改变流量与功率的方法。

另外，为了保持出口高度不变，通过增加直径及提高扬程加以实现，所以本文提出流量换功率以及直径换功率构思，最终满足客户所需的技术节点要求。

关键词：出口高度 扬程损失 比转速 液态防护
图1　Q/H-P 曲线
sw.Visible = true;
s w.O p e n D o c(A p p l i c a t i o n.S t a r t u p P a t h+"\\底架.SLDASM", 2);
S l d W o r k s.M o d e l D o c2s=(M o d e l D o c2) sw.ActivateDoc2(“底架.SLDASM”, true, 0);
s.Parameter("D1@草图1@子装配体-1@底架.SLDASM/零件1-1@子装配体.SLDASM”).Systemvalue = n/ 1000;
sw.EditRebuild3();
4　结语
本文通过搭建擦窗机底盘设计系统，介绍了基于C#.NET的SolidWorks二次开发过程、说明了C#语言访问数据库的基本方法和参数化绘图的基本语句，对类似二次开发具有一定参考价值。

参考文献
[1]江宇，周雄，刘志华.基于SolidWorks软件二次开发的通用零[3]吴开兴，张令涛.基于SolidWorks数字矿山模型中液压支架的
二次开发[J].煤矿机械，2015，（5）：255-257.
Application of Secondary Development of SolidWorks Based on C NET in Chassis of Window Cleaner
LI Hao, DING Yang, WANG Weilong (Chang’an University, Xi’an 710064)
Abstract: The basic principles and methods of SolidWorks secondary development based on C#.NET are expounded and applied to the chassis design of the window cleaner. Through the human-computer interaction interface developed by C# language, the parametric modeling of the window cleaning machine chassis is completed, and the design efficiency and quality of the window cleaning machine chassis are improved.
Key words: SolidWorks, secondary development, window cleaner chassis
（上接第62页）
如图1所示，转速为5500rad/min。

NO.005实验功率比NO.004有所增加，主要是流体动能变大，叶轮圆周速度增加，不过离设计要求220W还有提高空间；增加直径明显提高扬程达到16m，流量相比略有增加Q为80L/min。

4　结语
流体在叶轮叶片中间做内外方向运动，沿线惯性流体在一定动能推动下产生静压能转化。

本次设计在客户给定水泵性能曲线节点，起初模型在指定参数范围内达不到客户要求。

本文提出流量换功率Q—P交换以及D2—P交换，通过技改之前三次实验确定b2为主要功率、流量影响因数；最后两次实验通过直径换功率调整，对安放角β、入口角α也有一定影响，不过D2为主要因数。

本设计中总体直径保持一定情况下，扬程基本无法改变，只有通过转速变化提高扬程；基于总体稳定、消耗、噪声等一系列因素，最大只能选择5500rad/min转速进行测试，进而降低出口高度降低功率。

叶轮出口高度改变与叶轮做工基本成正比关系，所以看到曲线成一定斜率变化，压出室必须与之配合，否则还会有1.2m的扬程损失。

本款水泵是专门针对公交电机冷却系统而设计的，要求长时间安全高效的无故障运行，稳定是重中之重，所以高效即运行效率曲线最高点附近为低转速、低热量。

液态防护测试满足IP67，同时通过反复试验、参数改进以及流体模拟分析，保证后续研发产品更加稳定、安全以及可靠。

参考文献
[1]韩占忠.流体工程仿真计算实例与应用[M].北京：北京理工大
学出版社，2004.
[2]赵汉中.工程流体力学[M].武汉.华中科技大学出版社，2011.
Research and Analysis of Water Pump Based on a Cooling System
SHEN Yadong, LU Huishan, TANG Huaiwei (Nantong Nannong Precision Machinery Co., Ltd., Nantong 226300)
Abstract: According to the customer's requirements and the preliminary design parameters given, the pump curve is obtained.
changing the parameters such as b2 and β
node requirements required by customers.
Key words
protection。