不同面积比蜗壳对离心泵性能影响的分析_徐耀刚

不同面积比蜗壳对离心泵性能影响的分析 徐耀刚 宋文武 符 杰 等 为 ０． 不改变叶轮， 设计了面积 出口叶片间总面积 ） ２ 的基础 上 ， 比为 ０． 并分别将４种不同面积比的蜗 １、 ０． ３、 ０． ５ 的 ３ 种蜗壳 ， 壳与叶轮组合进行了三维定常数值计 算 ， 对比分析了不同面积 比蜗壳对离心泵性能的影响 ， 为离心泵 蜗 壳 与 叶 轮 的 匹 配 优 化 提供参考 。
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（ ） 文章编号 ： ２ ０ ０ ０ ０ ７ ２ ８ ４ ２ ０ １ ５ ０ ８ １ ７ ２ ４ １ － － －
中国农村水利水电 ·２ ０ １ ５ 年第 ８ 期
不同面积比蜗壳对离心泵性能影响的分析
徐耀刚 ， 宋文武 ， 符 杰， 金永鑫
） （ 西华大学能源与环境学院 ， 成都 ６ １ ０ ０ ３ ９
不同喉部面积离心泵的试验研究 ， 提出 了 合 适 的 喉 部 面 积 能 使 离心泵在大流量下获得一条陡降的流 量 扬 程 曲 线 ， 以保证泵运
３］ 对不同断面形式蜗壳对离心泵 行的节能和可靠 。 郭 鹏 程 等 ［
收稿日期 ： ０ １ ０ １ ５ ２ ０ ２ － － ； ） 基金项目 ： 四川省教育厅 国家自然科学基金资助项目（ ５ １ ２ ７ ９ １ ７ ２ ） ； 重大培育项目 （ 西华大学研究生创新 基 金 项 １ ４ Ｃ Ｚ ０ ０ １ ３ ） 。 目（ ２ ０ １ ４ １ ６ ７ ｃ ｊ ｙ ｊ ， 作者简介 ： 男， 教 授， 宋文武 （ 研 究 生 导 ห้องสมุดไป่ตู้， 主要从事流体机 ９ ６ ５－） １ ： 械内部流动新产品的研究 。Ｅ－ｍ ａ ｉ ｌ ｗ ｅ ｎ ｗ ｕ ｓ ＠１ ６ ３． ｃ ｏ ｍ。 ， 通讯作者 ： 男， 硕士研究生 ， 徐耀刚 （ 主要从事流体机械数值 －） ９ ９ ０ １ ： 模拟及 产 品 开 发 研 究 。Ｅ－ｍ ａ ｉ ｌ Ｙ ａ ｏ ａ ｎ Ｘ ｕ ０ ８＠１ ６ ３． ｇ ｇ ｃ ｏ ｍ。
性能的影响进行了数值研究 ， 分析了不 同 断 面 形 式 蜗 壳 对 离 心 泵外特性以及压力脉动的影响 。 文献 ［ 分别提出了基于面 ４， ５］ 积比原理的水泵设计 方 法 和 计 算 离 心 泵 面 积 比 和 蜗 壳 面 积 的 ］ 方法 。 文献 ［ 用不同方法研究 了 不 同 基 圆 直 径 蜗 壳 的 振 动 ６， ７ 特性优化和匹配优化与试验 。 叶轮出口叶 面积比原理是由 Ｈ．Ｈ．Ａ ｎ ｄ ｅ ｒ ｓ ｏ ｎ首 先 提 出： 片间的总面积和蜗壳喉部面积之比是 控 制 泵 性 能 的 重 要 因 素 。 本文根据面积比原 理 ， 在原离心泵面积比（ Ｙ ＝ 喉 部 面 积／叶 轮
涡轮等旋转流体机械 Ｆ ｔ ｕ ｒ ｂ ｏ 是一款广泛应 用 于 离 心 泵 、 Ｃ 设计的专业软件 ， 它运用速度系数法设 计 叶 轮 和 蜗 壳 的 水 力 部
８］ 。Ｃ 分［ 设计完成后 ， 可对所 Ｆ ｔ ｕ ｒ ｂ ｏ 中集成了大量优秀的模型 ，
设计产品进行性能 预 估 以 进 一 步 调 整 设 计 参 数 。 因 蜗 壳 喉 部 面积与第 Ⅷ 断面面积相差很小 ， 可近似 用 第 Ⅷ 断 面 面 积 替 代 喉
ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｉ ｎ ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ Ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ Ａ ｒ ｅ ａ Ｒ ａ ｔ ｉ ｏ Ｖ ｏ ｌ ｕ ｔ ｅ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ Ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ｉ ｆ ｕ ａ ｌ Ｐ ｕ ｍ ｓ Ａ ｙ ｇ ｐ
基于面积比原理 ， 应用 Ｃ 在 原 离 心 泵 面 积 比 为 ０． Ｆ ｔ ｕ ｒ ｂ ｏ软 件 ， ２ 的 基 础 上 设 计 了 ３ 种 不 同 面 积 比 的 蜗 壳。 摘 要 ： 在 ＡＮ 应用标准 ｋ Ｓ Ｙ Ｓ Ｃ Ｆ Ｘ １ ４． ０ 软件中 ， － ε 湍流模型分别将 ４ 种不同面积比的蜗壳与同一叶轮组合进行三维定 常 模 拟 。 计算结果表明 ， 扬程曲线随面积比增大向右上方移动 ； 过小的 面 积 比 会 影 响 泵 整 体 效 率 的 提 升 ； 叶轮与蜗壳面积比的改 变会使泵的高效点改变 ， 面积比增大 ， 高效点向大流量区移动 ； 随面积比的增大 ， 泵高效区范围的扩大与蜗 壳 中 能 量 的 损 失有一定联系 。 根据实际需求 ， 选择合适面积比的蜗壳与叶轮匹配可以使泵发挥最大效益 。 离心泵 ； 面积比 ； 蜗壳 ； 数值模拟 ； 能量损失 关键词 ： ３ １ １ 文献标识码 ： 中图分类号 ： ＴＨ Ａ
１］ 。许多学者开展 蜗壳的最佳匹配 问 题 是 研 究 泵 特 性 的 重 点 ［ ２］ 进行了 了离心泵叶轮与 蜗 壳 最 佳 匹 配 问 题 的 研 究 。 李 海 权 ［
０ 引 言
而泵的内部运动 泵的特性曲线是泵内部流动的外 部 表 现 ， 和过流部件的几何 参 数 密 切 相 关 。 泵 的 主 要 过 流 部 件 包 括 叶
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１ 不同面积比蜗壳的设计
离心泵截面图如图１所 研究模型为 一 单 级 单 吸 离 心 泵 ，
３ ／ 示 。 该模型泵原始设计 参 数 为 ： 流 量 Ｑ＝１ 扬程 Ｈ＝ ｈ， ４ ８ｍ
／ ， 转速ｎ＝２ 比转速ｎ ９ ０ｍ， ９ ０ ０ｒ ｍ ｉ ｎ ３。 其叶轮主要几何参 ｓ ＝７ 数为 ： 叶轮进口直径 Ｄ 叶轮轮毂直径ｄ １ ０ ｍｍ， ５ ｍｍ， ｈ ＝２ ｊ ＝１ 叶轮出口直径 Ｄ２ ＝２ 叶轮出口宽度ｂ 叶片数 ７ ８ｍｍ， ５ｍｍ， ２ ＝１ ９ ５ｍｍ。 Ｚ＝６。 模型泵基圆直径 Ｄ３ ＝２
图 ２ 蜗壳中间截面图 Ｆ ｉ ． ２ Ｍ ｉ ｄ ｄ ｌ ｅ ｓ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｖ ｉ ｅ ｗ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｖ ｏ ｌ ｕ ｔ ｅ ? ｇ
图 １ 离心泵中间截面图 Ｆ ｉ ． １ Ｍ ｉ ｄ ｄ ｌ ｅ ｓ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｖ ｉ ｅ ｗ ｏ ｆ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ｉ ｆ ｕ ａ ｌ ｕ ｍ ? ｇ ｇ ｐ ｐ
１］ 。 故在蜗壳设计中 ， 利用 Ｃ 部面积 ［ Ｆ ｔ ｕ ｒ ｂ ｏ可 以 更 改 第 Ⅷ 断 面
图 ３ 叶轮与蜗壳网格划分图 Ｆ ｉ ． ３ Ｉ ｍ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｖ ｏ ｌ ｕ ｔ ｅ ｍ ｅ ｓ ｈ ｒ ａ ｈ ｇ ｐ ｇ ｐ
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（ ， ， ） Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍ ｅ ｎ ｔ Ｘ ｉ ｈ ｕ ａ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ Ｃ ｈ ｅ ｎ ｄ ｕ ６ １ ０ ０ ３ ９， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ｙ ｇ ， ， ： Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ａ ｒ ｅ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｌ ｅ ａ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｃ Ｆ ｔ ｕ ｒ ｂ ｏ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ａ ｒ ｅ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｖ ｏ ｌ ｕ ｔ ｅ ｓ ｗ ｅ ｒ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｂ ｐ ｐ ｐ ｐ ｇ ， ｋ ｂ ａ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｉ ｉ ｎ ａ ｌ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ｉ ｆ ｕ ａ ｌ ｕ ｍ ＇ ｓ ａ ｒ ｅ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ０． ２． Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ａ ｒ ｄ ｕ ｒ ｂ ｕ ｌ ｅ ｎ ｃ ｅ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｎ ｕ ｍ ｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｆ ｌ ｏ ｗ ｉ ｎ ａ ｓ ｉ ｎ － ε ｔ － ｇ ｇ ｐ ｐ ｌ － ｓ ｅ ｔ ａ ｅ ｕ ｍ ｗ ｉ ｔ ｈ ｆ ｏ ｕ ｒ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ａ ｒ ｅ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｖ ｏ ｌ ｕ ｔ ｅ ｓ ｗ ｅ ｒ ｅ ｃ ａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｄ ｏ ｕ ｔ ｂ ｕ ｓ ｉ ｎ ＡＮ Ｓ Ｙ Ｓ Ｃ Ｆ Ｘ １ ４． ０ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅ ．Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｇ ｇ ｐ ｐ ｙ ｇ ， ； ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ａ ｒ ｅ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｈ ｅ ａ ｄ ｃ ｕ ｒ ｖ ｅ ｍ ｏ ｖ ｅ ｓ ｕ ｒ ｉ ｈ ｔ ｔ ｏ ｏ ｓ ｍ ａ ｌ ｌ ａ ｒ ｅ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｗ ｉ ｌ ｌ ａ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｔ ｈ ｅ ｏ ｖ ｅ ｒ ａ ｌ ｌ ｕ ｍ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｉ ｍ ｒ ｏ ｖ ｅ － ｇ ｐ ｇ ｐ ｐ ｙ ｐ ； ， ， ｍ ｅ ｎ ｔ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ａ ｒ ｅ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｎ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｏ ｉ ｎ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｕ ｍ ｗ ｉ ｌ ｌ ｃ ｈ ａ ｎ ｅ ａ ｎ ｄ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｏ ｉ ｎ ｔ ｗ ｉ ｌ ｌ ｍ ｏ ｖ ｅ ｔ ｏ ａ ｌ ａ ｒ ｅ ｆ ｌ ｏ ｗ ａ ｒ ｅ ａ ｗ ｈ ｅ ｎ ｇ ｇ ｙ ｐ ｐ ｐ ｇ ｙ ｐ ｇ ， ｔ ｈ ｅ ａ ｒ ｅ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｓ ．Ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ａ ｒ ｅ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ａ ｎ ｄ ｉ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｕ ｍ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｚ ｏ ｎ ｅ ｈ ａ ｓ ａ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｈ ｉ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｌ ｏ ｓ ｓ ｏ ｆ ｇ ｐ ｇ ｐ ｐ ｙ ｐ ， ｅ ｎ ｅ ｒ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｖ ｏ ｌ ｕ ｔ ｅ ．Ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｔ ｕ ａ ｌ ｎ ｅ ｅ ｄ ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ａ ｒ ｏ ｒ ｉ ａ ｔ ｅ ａ ｒ ｅ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｉ ｍ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｖ ｏ ｌ ｕ ｔ ｅ ｃ ａ ｎ ｍ ａ ｘ ｉ ｍ ｉ ｚ ｅ ｔ ｈ ｅ ｇ ｙ ｇ ｇ ｐ ｐ ｐ ｐ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｎ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｕ ｍ ｓ ． ｐ ｐ ： ； ； ； ； Ｋ ｅ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ｅ ｎ ｔ ｒ ｉ ｆ ｕ ａ ｌ ｕ ｍ ａ ｒ ｅ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｖ ｏ ｌ ｕ ｔ ｅ ｎ ｕ ｍ ｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｅ ｎ ｅ ｒ ｏ ｓ ｓ ｃ ｌ ｙ ｇ ｐ ｐ ｇ ｙ 轮和蜗壳 ， 实际上泵的特性是由叶 轮 和 蜗 壳 共 同 决 定 。 叶 轮 和