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離心泵壓水室形式對(duì)微型電泵性能影響

點(diǎn)擊次數(shù):   更新時(shí)間:19/02/21 09:05:02     來源:shenduzhuangshi.com.cn關(guān)閉分    享:

微型電泵是指輸入功率小于1.1kW的泵。它具有流量小、揚(yáng)程高、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)略、通用性強(qiáng)、運(yùn)用方便等特點(diǎn),廣基金項(xiàng)目:十一五“國(guó)家科技支撐項(xiàng)目(2008BAF34B15);江蘇省科技服務(wù)業(yè)方案項(xiàng)目(BM2008375)。

  泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、石油、化工等領(lǐng)域。微型電泵大多屬于低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵。因?yàn)槿~片出口寬度較小,葉輪外徑較大,軸面流道細(xì)長(zhǎng),導(dǎo)致圓盤丟失和水力丟失較大,因此泵的功率很低。

  壓水室是泵的首要過流部件之一,其形式首要有螺旋形壓水室、環(huán)形壓水室以及空間導(dǎo)葉。一般來說,螺旋形壓水室契合流體出流的流動(dòng)規(guī)則,流動(dòng)狀態(tài)較抱負(fù),水泵能夠取得較好的水力功能,大多數(shù)離心泵選用螺旋形壓水室。環(huán)形壓水室首要用于渣漿泵,因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)隔舌的空隙很大,不易形成雜質(zhì)的阻塞,并且工藝方便;多級(jí)泵的末級(jí)導(dǎo)葉也多選用環(huán)形壓水室,因?yàn)檫@樣結(jié)構(gòu)對(duì)稱,便于安置穿杠,且使熱變形均勻。

  微型電泵大部分都是運(yùn)用螺旋形壓水室,但因?yàn)槲仛さ臄嗝娉叨容^小,流道不能機(jī)械加工,形成其形狀尺度、表面光潔度等直接靠鑄造來確保,并且鑄造難度高,流道表面的粗糙度較大,導(dǎo)致泵體中的水力丟失很大。關(guān)于微型電泵而言,泵體內(nèi)的水力丟失僅次于葉輪圓盤沖突丟失,對(duì)泵的功能具有無足輕重的影響。現(xiàn)在許多學(xué)者在這方面展開了一系列的研討。劉在倫等1對(duì)蝸殼形狀在高速部分流泵功能的影響進(jìn)行了研討,指出選用矩形螺旋蝸殼能夠進(jìn)步關(guān)死點(diǎn)揚(yáng)程,且一起進(jìn)步泵的功率。郭鵬程等研討了不同斷面形式的蝸殼對(duì)離心泵功能的影響,發(fā)現(xiàn)矩形和圓形螺旋蝸殼在大流量工況下功率比馬蹄形蝸殼稍高,而在規(guī)劃工況點(diǎn),比馬蹄形稍低一些。曾說到比轉(zhuǎn)速低于40時(shí),因?yàn)榄h(huán)形壓水室便于機(jī)械加工和打磨,泵功率可能高于不做加工處理的螺旋形壓水室。

  本文以此為思想,在螺旋形壓水室的基礎(chǔ)上,依據(jù)環(huán)形壓水室的規(guī)劃理論以及機(jī)械加工的難易程度,規(guī)劃了矩形斷面的3種環(huán)形壓水室,并將這4種壓水室與同一葉輪組合進(jìn)行三維定常數(shù)值模仿,經(jīng)過與傳統(tǒng)螺旋形壓水室的微型電泵功能猜測(cè)的比較以及內(nèi)部流動(dòng)的剖析,為微型電泵功能優(yōu)化提供了理1規(guī)劃思路本文選取浙江某企業(yè)出產(chǎn)的XCm158型離心泵為研討對(duì)象進(jìn)行數(shù)值模仿核算。相關(guān)參數(shù)為:葉輪的進(jìn)口直徑A= 38.5mm,出口直徑D2=162mm,葉片數(shù)z=6,葉片出口寬度2=2.2mm,葉片出口安放角擇=26°蝸殼的基圓直徑A= 164mm,第8斷面面積Ai= 102.5mm2,蝸室的進(jìn)口寬度63= 10.5mm;泵的額定流量CL=4m3/h,額定揚(yáng)程Hi=速n =29.將其定義為1號(hào)泵。

  XCm158微型電泵運(yùn)用的是螺旋形壓水室,在此基礎(chǔ)上將其改為矩形斷面的環(huán)形壓水室,并確保兩者第8斷面面積持平。別的在此環(huán)形壓水室的基礎(chǔ)上,再進(jìn)行改善,首要遵從以下幾個(gè)原則:①基圓直徑不變;②壓水室的進(jìn)口寬度不變;③分散段出口直徑及相對(duì)位置不變。

  依據(jù)以上原則及環(huán)形壓水室的規(guī)劃理論,可得環(huán)形壓水室的第8斷面的面積102.5mm2.分散段部分,出口尺度選用規(guī)范公稱直徑24mm,定義其為2號(hào)泵,該環(huán)形壓水室第8斷面的軸面高度為9.7mm,在此模型基礎(chǔ)上添加環(huán)形壓水室斷面的軸面高度,分別添加5、10mm作為對(duì)比模型3號(hào)和4號(hào)泵。壓水室首要幾許尺度如表1所示。

  模類型基圓直徑A3/mm第8斷面高度8/mm進(jìn)口寬度第8斷面面積1號(hào)泵2號(hào)泵3號(hào)泵4號(hào)泵表1壓水室的首要幾許參數(shù)Tab. 2模型樹立及算法2.1模型的樹立經(jīng)過PRO/E進(jìn)行實(shí)體建模,然后導(dǎo)入ICEM對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。建模時(shí),為了防止進(jìn)口旋渦區(qū)對(duì)流場(chǎng)及流量的影Pfi,在葉輪進(jìn)口段加一進(jìn)口管,其長(zhǎng)度為進(jìn)口直徑的3倍;考慮到出口邊界條件對(duì)蝸殼出口流場(chǎng)以及收斂性的影響,在蝸殼出口段加一出口管,其長(zhǎng)度為出口直徑的5倍。進(jìn)出口管選用結(jié)構(gòu)化六面體網(wǎng)格;而葉輪和蝸殼流道形狀雜亂,選用非結(jié)構(gòu)四面體自適應(yīng)貼體網(wǎng)格。

  2.2數(shù)值核算方法數(shù)值模仿核算運(yùn)用ANSYSCFX12.0求解雷諾時(shí)均方程,其間的雷諾應(yīng)力項(xiàng)選用規(guī)范e湍流方程模型求解并封閉方程組。在ANSYSCFX12.0中,選用有限體積法對(duì)方程組進(jìn)行離散,離散過程中的對(duì)流項(xiàng)選用高分辨率格、規(guī)劃點(diǎn)工況和大流量工況(1.4倍的工況)剖析兩種泵在不同工況下的靜壓云圖。

  將兩種泵的靜壓進(jìn)行對(duì)比,由可知:在0.6(工況下,1號(hào)泵和3號(hào)泵出口靜壓根本相同,3號(hào)泵的環(huán)形壓水室與葉輪內(nèi)的靜壓變化較均勻,而1號(hào)泵的螺旋形壓水室在接近隔舌處壓力梯度較大,一起葉輪在接近隔舌葉片壓力面出口處有顯著的高壓區(qū),這是因?yàn)?號(hào)泵在小流量下流動(dòng)不均勻,速度矢量方向混亂,發(fā)生回流形成的。在1.0Qi工況下,環(huán)形壓水室內(nèi)的靜壓散布呈現(xiàn)先增大后減小再增大,原因可能為環(huán)形結(jié)構(gòu)的壓水室隔舌和葉輪間的空隙過大,不可防止的會(huì)呈現(xiàn)一不同工況點(diǎn)下兩種泵的靜壓云圖些回流現(xiàn)象,在隔舌處部分流體重新進(jìn)入壓水室。但正是因?yàn)榛亓髌鸱至餍Ч箟核页隹跀嗝娴牧魉俅蟠蠼档停瓿杀贸隹趧?dòng)能向壓能的轉(zhuǎn)換,這一成果和螺旋形壓水室是不同的。

  在1.4(3,工況下,兩者的出口靜壓有顯著差異,環(huán)形壓水室的出口靜壓顯著高于螺旋形壓水室。原因可能是在流量越大時(shí),壓水室的沿程沖突丟失占的比重越大,環(huán)形壓水室內(nèi)壁潤(rùn)滑的優(yōu)勢(shì)越杰出。別的,兩個(gè)泵出口靜壓的差異與揚(yáng)程曲線的差異具有致性。

  綜合可知螺旋形壓水室的壓力及速度僅在泵的最高功率點(diǎn)均勻散布,在泵偏工況運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),壓力和速度散布都不均勻。

  而環(huán)形壓水室怡好相反,泵的壓力及速度散布在關(guān)死點(diǎn)時(shí)散布均勻,旦發(fā)生流量,這種平衡被損壞。在最高功率點(diǎn)環(huán)形壓水室水力丟失大于螺旋形壓水室。而在微型電泵中,因?yàn)榄h(huán)形壓水室流道表面可機(jī)械加工,能夠取得更好的水力功能,超過了環(huán)形壓水室?guī)淼牟环€(wěn)定壓力散布對(duì)泵的功能的影響。

  4徑向力剖析泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)受到流體沿葉輪徑向的徑向力,而徑向力會(huì)使泵軸受到交變應(yīng)力的效果發(fā)生定向撓度,其大小直接影響泵軸作業(yè)的穩(wěn)定性;別的,徑向力的效果會(huì)使軸封空隙變得不均勻,而軸封空隙過大是導(dǎo)致某些泵泄露的首要原因。因此在規(guī)劃泵時(shí)需要對(duì)徑向力作恰當(dāng)?shù)目紤]。為數(shù)值模仿猜測(cè)的1號(hào)泵和3號(hào)泵的徑向力。

  兩種泵的徑向力散布由能夠看出1號(hào)泵的徑向力跟著流量的添加先減小然后增大,在規(guī)劃工況點(diǎn)附近到達(dá)最小值,但并不為0,其原因是因?yàn)楸皿w的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)導(dǎo)致泵葉輪各流道內(nèi)的流量、流速及葉輪出口壓力散布呈現(xiàn)非對(duì)稱性;而3號(hào)泵其徑向力在小流量時(shí)最小,跟著流量的添加而添加。這兩種壓水室的徑向力散布規(guī)則與相符。

  別的,從小流量到泵的額定流量附近,3號(hào)泵的徑向力小于1號(hào)泵;在大流量區(qū)域,3號(hào)泵的徑向力略大于1號(hào)泵。這樣,相較于1號(hào)泵,選用環(huán)形壓水室的3號(hào)泵可在全流量范圍內(nèi)安全穩(wěn)定地運(yùn)轉(zhuǎn)。

  5試驗(yàn)驗(yàn)證將1號(hào)泵與3號(hào)泵按回轉(zhuǎn)動(dòng)力泵水力性(下轉(zhuǎn)第88頁(yè))離心泵葉輪內(nèi)部湍流動(dòng)能及耗散率剖析葉道星王洋將與相比較,能夠看出湍流耗散率與湍流動(dòng)能散布有十分相似的規(guī)則:在不同工況下,湍流耗散率跟著半徑的添加先添加,到達(dá)一個(gè)極大值后開端減小,接著在在一個(gè)極小值后又開端一直添加直到葉輪出口(除。6(工況下),在只= 60mm的區(qū)域里湍流耗散率到達(dá)最大值;規(guī)劃工況下,湍流耗散率全體上是最小,除只=55mm到只=65mm區(qū)域外,湍流耗散率都在400m2/s3以下;。6Qd工況下,呈現(xiàn)了與其他工況下截然相反的湍流耗散率散布,中心小兩端大,而其他工況時(shí)中心大兩端小的散布,一起能夠看出在只=65mm到只= 85mm區(qū)間,湍流耗散率增長(zhǎng)非常迅速,原因可能是在小流量工況下,這個(gè)區(qū)域中,葉輪流道內(nèi)發(fā)生了軸向漩渦,形成湍流耗散率的急劇添加;。工況下,雖然湍流耗散率高于規(guī)劃工況下,但是能夠看出仍是遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于0.6(工況;全體上,規(guī)劃工況下,湍流耗散率最小,大流量下,湍流耗散能量率略高于規(guī)劃工況,小流量下,湍流耗散率最大。

  4結(jié)語(yǔ)本文選用e雙方程湍流模型,進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證,剖析了由數(shù)值核算與試驗(yàn)所測(cè)得XST規(guī)范離心泵揚(yáng)程、功率、軸功率等數(shù)據(jù)之間存在差異的原因,驗(yàn)證數(shù)值核算的可靠性。)湍流動(dòng)能和湍流耗散率沿半徑的散布有十分相似的規(guī)則,即湍流動(dòng)能大的區(qū)域湍流耗散率也大,反之亦然。)除0.6小流量工況,湍流動(dòng)能和湍流耗散率散布沿半徑體現(xiàn)為先添加,隨后減小,最終添加這種現(xiàn)象。

  6Qd小流量工況下,湍流動(dòng)能和湍流耗散率最大,流體能量丟失最為嚴(yán)峻,從功率方面考慮,