多级离心泵叶轮水力模型优化及性能分析

第３ ７ 卷
第 ３ 期
中国 农 机 化 学 报
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｃｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ａｇ ｒ ｉ ｃ ｕ ｌ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
Ｖ ｏ【 － ３ ７ Ｎｏ． ３
Ｍａ ｒ ． ２ Ｏ１ ６
ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ｉ ｆ ｕ ｇ ａ ｌ ｐ ｕ ｍｐ ｉ ｍｐ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ［ Ｊ ］ ．Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ａｇ ｒ ｉ ｃ ｕ ｌ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， ２ ０ １ ６ ，３ ７ （ ３ ） ： ２ １ ４ ￣２ １ ７
过流 部 件 相 互 之 间 的 尺 寸 配 合 和 改 造 后 泵 的 整 体
性 能 ８ ２ ｌ 。
改造对 象为 某型号 多级 离心 泵 ， 共五级， 首级 叶 轮 为双 吸 叶轮 ， 次级 为 四个单 吸离 心叶 轮 ， 次 级 叶 轮采 用 对称 布置 （ 如 图 １所示 ） 。改造前 参 数为 Ｈ一１ ５ ２ ． ７ ｍ、
０ 引 言 多级离 心泵 与 多个 单 级 离 心 泵 串联 相 比 ， 具 有 效 率高 、 占地 面积小 、 运行 费用 低 、 维 修便 捷等 优 点 ， 应 用
于化 工生 产 、 锅 炉 的给水 、 山 区的深井提 灌 以及 矿藏 开
魏培 茹 等采 用 应 用 Ｃ Ｆ Ｄ软 件 对 对 北赵 引 黄 工 程
造 前 的高度 。在 内特 性 的分 析 中发 现 ， 采 用 ５叶 片 叶
轮 的流 场对 称 性 比较 好 ， 可 以降 低 因 水 力 原 因 产 生 的
收稿 日期 ： ２ ０ １ ４年 １ ２月 ４日
（ ｓ ｚ ｊ ｊ ２ ０ １ ４ — ０ ３ ３ ）
修 回 日期 ： ２ ０ １ ５年 １月 １ ３日
＊基 金项 目： 国家 自然 科 学 基 金 资 助项 目 （ ５ １ ２ ７ ９ １ ７ ２ ） ； 四川 省 教 育 厅 重 大 培 育项 目（ １ ４ Ｃ Ｚ ０ Ｏ １ ３ ） ； 西 华大 学 流 体 及 动 力 机 械 教 育部 重点 实 验 室 开 放 基 金 第一作者： 石建 伟 ， 男， １ ９ ８ ８年 生 ， 辽 宁朝 阳人 ， 助教 ； 研 究 方 向为 流 体 机 械 数 值 模 拟及 产 品开 发 。Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ： ｓ ｈ ｉ ｊ ｉ ａ ｎ ｗ ｅ ｉ ０ ４ １ ６ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｎ ｒ 通讯作者： 宋文 武 ， 男， １ ９ ６ ５年 生 ， 四川 阆 中人 ， 教授 ， 研 导； 研 究 方 向为 流 体 机 械 内 部 流动 新 产 品 。Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ： Ｗ＠ Ｄ ＷＵ Ｓ ＠１ ６ ３ ． Ｃ Ｏ ｎ ｒ
Ｓ ｐ ｒ ｉ ｎ ｇ ｅ ｒ — Ｖｅ ｒ ｌ ａ ｇ Ｂｅ ｒ ｌ ｉ ｎ Ｈｅ ｉ ｄ ｅ ｌ ｂ ｅ ｒ ｇ，２ ０ ０ ８ ．
合 理配 置 叶轮 的 重要 参 数 ， 各 部分 水 力 部 件 之 间 的 配
合 直接 影 响泵 的整体 性 能 。
在 运用 数值 模 拟软 件对 不 同工况 点 的 流场 完 成解 析 后可 初步 判 断设计 出的水 力模 型 的水 力 性 能 。在将 改造 前 和 改造后 的 性 能 曲线 对 比后 ， 可 以看 出 改造 后 的水 力模 型 扬 程 比改造 前稍 高 ， 保 证 扬 程 可 以达 到 改
石 建伟 ， 宋文武， 金永鑫 ， 符杰 ， 徐 耀 刚 ．多 级 离 心 泵 叶 轮 水 力模 型优 化 及 性 能 分 析 Ｅ Ｊ ］ ．中 国 农 机 化学 报 ， ２ ０ １ ６ ， ３ ７ （ ３ ） ：
２１ ４～ ２ １ ７
Ｊ ｉ ｎ Ｙｏ ｎ ｇ ｘ ｉ ｎ，Ｓ ｏ ｎ ｇ Ｗｅ ｎ ｗｕ ，Ｆ ｕ Ｊ ｉ ｅ ，Ｘｕ Ｙａ ｏ ｇ ａ ｎ ｇ ．Ｏｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｎ ｈ ｙ ｄ ｒ ａ ｕ ｌ ｉ ｃ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｓ ｔ ａ ｇ ｅ
Ｙａ ｎ Ｊ ｉ ｎ ｇ ，Ｚ ｈ ｏ ｕ Ｐ ｉ ｎ ｇ ｙ ｕ ｅ ，Ｗａ ｎ ｇ Ｚ ｈ ｏ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ， ｅ ｔ ａ １ ． Ｎｅ ｗ
ｄ ｒ ａ ｗｉ ｎ ｇ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ｉ ｆ ｕ ｇ ａ ｌ ｉ ｍｐ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ ｄ ｉ ｓ ｔ ｏ ｒ ｔ ｅ ｄ ｂ ｌ ａ ｄ ｅ
中的某 型号双 蜗壳多 级离 心泵 叶轮 和压水 室 流 场进 行
了三维数 值模 拟 ， 并 根 据模 拟 结 果对 叶轮 和 压 水 室 优 化， 取得 了很好 的效 果 ＿ １ 引。黄思 等对 多 级 多 出 口离 心
泵整 机全 三维 流 场 的数 值 模 拟 ， 通 过分 析不 同 出 口设 置 下 的泵 内流场分 布和压 力分 布对泵 体 的 可靠 性做 初
Ｑ一４ ０ ０ ｍ。 ／ ｈ 、 ｎ 一２ ９ ８ ５ ｒ ／ ａｉ ｒ ｎ 、 ｎ 一８ １ ． ２ ， 要 求改 造后 参
数 为 Ｈ一１ ７ ４ ． ２ ｍ、 Ｑ一 ３ ０ ０ ｍ。 ／ ｈ 、 ， ２ —２ ９ ８ ５ ｒ ／ ｍｉ ｎ 、 一
６ ５ ． ６ 。为了平衡 径 向力 ， 在 压 水室 设 计 和 布 置 时 采 用 了对 称结 构双 出 口双 蜗壳 。通过 叶 轮对 称布 置 和采 用
Ｅ ８ ］严 敬 ，曹 树 森 ， 严 利 ，等 ．扭 曲 叶 片 绘 形 新 方 法 ［ Ｊ ］ ．农 业
机 械 学 报 ，２ ０ ０ ６，（ ２ ） ：４ ８ ～５ Ｏ ．
Ｙａ ｎ Ｊ ｉ ｎ ｇ，Ｃａ ｏ Ｓ ｈ ｕ ｓ ｅ ｎ，Ｙａ ｎ Ｌｉ ，ｅ ｔ ａ １ ． Ａ ｎ ｅ ｗ ｗａ ｙ ｏ ｆ ｄ ｉ ｓ —
步 的验证 分析 ［ １ 。本 文 将 结 合 上 述 经 验 对 叶 轮 的水 力 模型 重新设 计 ， 运 用 数值 分 析 手 段将 原 始方 案 和新 方 案 的综合指 标进行 分 析 比较 ， 验证 改造 效果 。
采等 。多 级泵 的扬 程 很 高 ， 如果 不 采 用 多 级 叶 轮 的布
１ 改 造 泵 结构 分 析及 方 案确 定
１ ． １ 结 构 分 析
发 现 比转速越 高 、 流量 越 大 ， 其 效 率 就 会 越 高 ］ 。当 然， 将 多个单 级离 心 泵 串联 在 一 起 成 为一 个 整 体 其 结 构 就会 变得 相对 于 单 级单 吸离 心 泵 复 杂 。 因此 ， 无 论 从 哪方 面来 说 ， 多 级泵 的设计 要 求 要 严 格 得 多 。对 于 多级泵 的水 力模 型 改 造 也是 一 样 ， 其 根本 就 是 对 叶 轮 的水力 模 型进行 重 新 设计 ， 同 时还 要 考虑 叶轮 与 其 它
是 ３叶 片 ， 改 造 中考 虑 到 与 压 水 室 的 配 合 问 题 ， 叶片 数 取 ５ 。对 改造 前后 的两 个 方 案 的 内部 流 场解 析 ， 对 两 个 方 案 的 内 外
特 性 对 比分 析 。通 过 分 析发 现在 压水 室 为双 蜗 壳 的结 构 中 ， ５叶 片方 案 的 流 场 对 称 性 要 优 于 ３叶 片 方 案 。 流 场 对 称 性 良
以发现 叶 片数 对双 蜗 壳压水 室 中的流场 的对 称度 有 很
Ｊ Ｉ Ｉ ：四川 Ｉ 科 学 技 术 出版 社 ，１ ９ ９ ８ ．
明显 的影 响 ， 增 加 叶 片数对 流 场 的对 称 度 有改 善 作 用 。
合 理搭 ｌ ｌ Ｉ ， ｉ － 片数 和 包 角 ， 可 以 同时 达 到 设 计 目标 又 可
置形 式 会造 成 叶轮 外 径很 大 ， 进 出 口直 径 比 失 会 比较 大 ， 致 使 整 机 效 率 很 低 。综合 考虑采 用 多级布 置方式 可 以很好 地 避免 损失
过大、 效 率过 低 的缺 点 ＿ ｌ ］ 。对 于离 心 泵 而 言 ， 比转 速 在 １ ２ ０ ￣２ ３ ０ 之 间其 效率 比较理 想 ］ ， 通 过研 究 、 总结
远 。为使 多 级 离 心泵 更 好地 满 足 运行 要 求 ， 以某 型号 多 级 离 心 泵 为 样 本 ， 通 过 改 造 将 其 设 计 工 况 点 由 原 有 的 Ｑ一４ ０ ０ ｒ ｎ ３ ／ ｈ 、
Ｈ＝１ ５ ２ ． ４ ｍ 变 为 Ｑ一３ ０ ０ ｍ ／ ｈ 、 Ｈ一 １ ７ ４ ． ２ ｍ， 同时 改 造 前 后 １ ５ Ｏ ～３ ２ ０ ｍ。 ／ ｈ的 性 能 曲线 可 以互 换 。原 方 案 的 叶 轮 采 用 的
２ ０ １ ６年 ３月
多级 离心 泵 叶轮水 力模 型优 化 及 性 能 分 析 ＊
石 建伟 ，宋文 武 ，金 永 鑫 ，符 杰 ，徐耀 刚
（ 西 华大学 能源 与动力 工程 学院 ， 成都市 ， ６ １ ０ ０ ３ ９ ）
摘要 ： 由 于 多级 离 心 泵 在 原 有 的设 计 工 况 点 下 运 行 不 稳 定 ， 并 且 在 运 行 过 程 中发 现 满 足 要 求 的 工 况 点 偏 离 设 计 工 况 点 较
Ｅ ４ ］严 敬 ．叶 轮 几 何 参 数 对 不 同 比 转 速 离 心 泵 Ｉｉ ｉ 的影 响 ［ Ｊ ］ ．
水 泵技 术 ， １ ９ ９ ４ ，（ ４ ） ：１ ７ ～１ ９ ．
改 善 振动 等不 稳定 特 性指 标 。
［ ５ ］吴 玉 林 ，刘 娟 ，陈 铁 军 ，等 ．叶 片 泵 设 计 于 实 例 ［ Ｍ］ ．北
京： 机 械 工 业 出 版社 ， ２ ０ １ １ ．
４ 结 论
在对 多 级离 心 泵 叶 轮 水 力 模 型 的 改 造 过 程 中 ， 需