SP无堵塞旋流泵的优化设计探讨
旋流泵结构参数的优化设计的开题报告
旋流泵结构参数的优化设计的开题报告一、选题背景旋流泵是一种高效率、低能耗、小尺寸、易于维护的离心泵，其不仅在民用市场中广泛应用，还在农业灌溉、农业灭虫、水处理、矿山采矿等领域有着广泛的应用。
旋流泵的性能主要受到结构参数的影响，如旋流室形状、入口直径、出口长度、螺旋转子位置和薄板宽度等。
因此，对旋流泵的结构参数进行优化设计可以提高泵的性能和效率，减少泵的能耗和维护成本，具有重要的意义。
二、选题意义通过旋流泵结构参数的优化设计，可以提高泵的性能和效率，增加能源利用效率，减少能源消耗和排放量，降低维护成本和维修难度，减少对环境的影响。
本研究可以对旋流泵的结构优化提供一定的指导，具有广泛的应用前景。
三、研究目的本研究旨在通过对旋流泵的结构参数进行优化设计，提高泵的水力性能和效率，减少能源消耗和排放量，降低维护成本和维修难度，从而实现泵的可持续发展。
四、研究内容本研究的主要内容包括：1. 对旋流泵进行分析和研究，掌握其基本原理和工作机理；2. 对旋流泵的结构参数进行分析和评估，掌握其对泵性能的影响；3. 运用计算流体力学（CFD）仿真技术，对旋流泵的流场进行数值模拟和分析，并对优化结构参数进行优化设计；4. 开展实验研究，验证优化设计的效果，探究其在实际应用中的优势和局限性；5. 对研究结果进行总结和分析，提出进一步改进和研究的方向。
五、预期结果通过对旋流泵结构参数的优化设计和仿真分析，可以得到泵的优化结构，提高泵的水力性能和效率，减少泵的能耗和维护成本。
预期结果如下：1. 提出适合旋流泵应用的优化结构，可根据不同工况选择合适的结构参数；2. 获得泵的性能曲线和流动特性，为泵的实际应用提供基础数据；3. 减少泵的维护成本和维修难度，提高泵的可靠性和操作便捷性，提高泵的使用寿命。
六、研究方法在本研究中，将采用文献研究、数值模拟、实验研究等方法，具体步骤如下：1. 进行文献研究，系统地掌握旋流泵的基本原理和设计要求；2. 运用CFD软件对旋流泵的流场进行数值模拟和分析，并对不同结构参数进行仿真优化设计；3. 设计相应的实验装置，验证优化设计结构的性能和效果，并对仿真结果进行验证；4. 总结分析实验结果，提出优化设计方案和改进措施。
旋流泵无叶腔内部流动的有限元分析
旋流泵无叶腔内部流动的有限元分析旋流泵是液体输送理论分析中一种重要的装置，它具有高效、经济、环保等优点。
它的有效使用和正确的设计是推动这类设备发展的重要因素，可以有效地帮助企业减少成本，提高质量。
由于旋流泵的结构复杂，研究它的流动特性是通过有限元分析来探索它的内部结构及其外部影响的有效方法。
有限元分析是工程中用于分析某种物理学过程的有效工具，可以得到精确的计算结果，从而帮助研究人员了解这种物理学过程及其结果。
因此，有限元分析在旋流泵研究中得到了广泛应用。
它可以模拟涡流行为、结构弯曲变形、流体力学、温度分布、流速分布、压力分布等等。
旋流泵的有限元分析，可以帮助我们了解泵的流动特性，例如位移，涡旋，湍流，内部壁面变形，通过对单元格对流速的分析，可以优化泵的设计，强化泵的性能，以达到提高效率的目的。
首先，有限元分析可以从不同角度分析旋流泵的结构，为设计者提供参考。
通过有限元分析，可以研究不同形状和叶轮角度组合的效果，并确定最佳形状和角度。
此外，在有限元分析中，可以预先分析和确定泵内部流动的压力、功耗和温度分布，以进一步优化设计。
其次，有限元分析可以有效地模拟旋流泵的运行及其外部环境的影响，利用先进的计算方法，可以预先确定系统的流动特性，及时发现叶轮和叶片的磨损情况，在实际应用中，有效地提高设备的可靠性。
最后，旋流泵的有限元分析可以为其他研究提供参考，例如可以分析泵的内部流动性能，确定其在不同工作条件下的性能参数，从而为推动泵的应用技术提供科学的依据。
以上就是有限元分析在旋流泵无叶腔内部流动中的应用情况。
它可以让我们对有效构造泵体有更深入的认识，从而达到更佳的工作效果。
在将来的研究中，我们将继续进行更深入的研究，推动旋流泵的发展。
无堵塞泵CAD软件开发及其内部流动数值模拟
无堵塞泵CAD软件开发及其内部流动数值模拟
唐恒
【期刊名称】《江苏大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2003(024)006
【摘要】我校开发的“无堵塞泵CAD软件开发及其内部流动数值模拟”技术日前通过省科技厅组织的鉴定。
针对流道式无堵塞泵的效率一般比普通清水离心泵低3％～8％的问题。
【总页数】1页(P38)
【作者】唐恒
【作者单位】科技处
【正文语种】中文
【中图分类】TH31
【相关文献】
1.节能型无堵塞纸浆泵的关键技术研究与产业化（系列报道之一）旋转直扩张通道内纤维悬浮流的数值模拟 [J],
2.节能型无堵塞纸浆泵的关键技术研究与产业化（系列报道之二）弯曲扩张通道内纤维悬浮流数值模拟 [J], 江苏尚宝罗泵业有限公司；江苏大学江苏省产品质量监督检验研究院
3.无堵塞泵全流场流数值模拟及实验研究 [J], 郭晓梅
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5.无堵塞离心泵内部三维固液两相湍流场数值模拟 [J], 袁寿其;李昳;何朝辉
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旋流泵无叶腔内部流动的有限元分析
旋流泵无叶腔内部流动的有限元分析旋流泵是一种常用的转子流体机械，能够有效地将流体从一个腔室转移到另一个腔室，广泛应用于工业生产、医学疗法、农业和水利等领域。
它具有传递灵活性强、流量稳定、操作安全可靠等优点，并且可以有效地把低压高流量的流体转换成高压小流量的流体。
然而，旋流泵存在工作效率低、起动电流大、强腔壁损坏比较严重等缺点。
因此，在研究和设计旋流泵时，需要对其内部流动进行精确的分析，这是解决上述问题的关键。
有限元分析是用于模拟力学系统的流体力学分析方法，能够模拟和分析流体流动过程中物理场的变化特性。
它具有计算精度高、计算简单、分析速度快、对不同类型的场可以精确模拟等优点，因此在旋流泵流动类型分析中有着广泛的应用。
首先，应用有限元分析建立旋流泵数值模型，定义其轴心、叶轮线圈、腔壁等参数，确定三维结构形状，绘制几何模型。
然后，具体分析旋流泵的流动特性，对流量、压力、温度等参数进行有限元模拟分析，可以获得流体流动通道、压力场、温度场等参数信息。
通过上述分析，可以清楚地了解旋流泵内流体的流态、损失、噪声等特性，并可以对机械结构和动力学参数进行优化、改进，从而提高旋流泵的工作效率。
有限元分析对旋流泵内部流动的研究不仅有助于探究旋流泵的内部流动机理，而且还可以指导其设计，提高工作效率，保证其安全有效的运行。
因此，采用有限元分析进行旋流泵无叶腔内部流动的研究是一个有效且实用的方法。
以上就是有关旋流泵无叶腔内部流动的有限元分析的一些介绍，有限元分析是一种有效的分析手段，可以深入了解旋流泵内部流动的特性，从而为旋流泵的设计和优化提供重要的参考。
此外，有限元分析还可以用于其他流体力学场的分析，如液力驱动装置、多体流动、多相流体等，能够有效地分析和模拟各种复杂的流体力学现象，从而更好地掌握流体力学这一重要学科。
涡旋式离心泵叶片的流场分析与优化设计
涡旋式离心泵叶片的流场分析与优化设计涡旋式离心泵是工业领域中常用的流体输送设备之一。
其主要特点是具有较高的扬程和较大的流量范围，因此在许多行业中得到广泛应用。
泵的性能主要取决于叶片的设计和流场的分析，因此进行涡旋式离心泵叶片的流场分析与优化设计具有重要的理论意义和实际应用价值。
涡旋式离心泵的叶片是将动能转换成压力能的关键部分。
在流体进入叶轮的过程中，流体首先进入叶轮的进口截面，然后受到叶片的作用，流体的动能逐渐转化成静能，最终被驱动离开泵体。
因此，叶片的形状和结构对泵的性能有着直接的影响。
首先，我们需要对涡旋式离心泵叶片的流场进行分析。
在流体进入叶轮后，由于叶片的旋转，流体在叶轮内部形成了一个旋涡。
这个旋涡将流体带入叶片之间的通道中，流体在通道中得到加速，然后流体被推出泵体。
在这个过程中，液体和气体之间的相互作用以及流体的流动速度都会对叶片的性能产生影响。
其次，我们可以通过数值模拟的方法对叶轮内的流场进行分析。
数值模拟是现代科学中常用的研究方法之一，它可以通过计算机程序对流体运动进行模拟和计算。
通过数值模拟，我们可以获得叶轮内部流场的速度分布、压力分布以及叶片上的剪切力和挠度等重要参数。
这些参数可以帮助我们进一步理解叶片的性能和叶轮内部流体的流动规律。
基于对流场的分析，我们可以进行涡旋式离心泵叶片的优化设计。
优化设计的目标是在满足一定性能要求的前提下，尽可能提高泵的效率和可靠性。
在叶片的设计中，我们可以通过改变叶片的形状、数量和间距等参数来改善流场的分布和叶片的性能。
例如，增加叶片的数量和间距可以增加泵的流量和压力，但也会增加泵的振动和噪音。
因此，在设计过程中需要进行全面的考虑和权衡。
同时，优化设计还可以利用计算机辅助设计软件进行辅助。
计算机辅助设计软件可以实现对叶片形状和结构的精确建模，并可以根据设计要求进行流场分析和优化。
通过与数值模拟的结果进行比对，我们可以验证设计的合理性和可行性。
这种计算机辅助设计的方法不仅可以提高设计的效率，还可以减少人工试错的可能性，节省时间和成本。
高速巡逻艇喷水推进泵三元优化设计研究
第41卷 第1期2017年2月武汉理工大学学报（交通科学与工程版）Journal of Wuhan University of Technology(T ransportation Science & Engineering)Vol. 41 No. 1Feb.2016高速巡逻艇喷水推进泵三元优化设计研究<王小二张振山靳栓宝(海军工程大学兵器工程系武汉430033)摘要：针对某新设计高速巡逻艇选型国外某喷泵达不到设计航速的问题，运用C F D方法对该被选 喷泵和进水流道内流场进行了数值模拟.结果发现,该喷泵在设计工况下敞水效率较低，导叶处有 一定程度的漩涡和流动分离，进水流道背部也存在涡旋.运用泵的三元设计理论，为该巡逻艇的喷水推进泵进行了重新选型和三元设计，在轴面线的绘制过程中使用了贝赛尔曲线，保证了整个轴面线的光滑过渡.同时为了提高抗空化性，增加了叶轮叶片数.数值模拟结果显示，新设计的喷泵效率有了明显提高，设计工况效率可达91. 2%,同时泵的低压区较小，保证了泵的抗空化性能，也 消除了导叶中的二次流喷泵十流道十平板船”数值自航结果表明，该巡逻艇在设计工况下达到了设计航速.关键词：巡逻艇；喷水推进器；C F D;三元理论；优化设计中图法分类号：U664. 33 doi：10. 3963/j. issn. 2095-3844. 2017. 01. 013〇引言近年来，喷水推进器以其优越的性能在越来越多的船舶上得到了应用，对于救生艇、巡逻艇、摩托艇等高速船舶，喷水推进更是拥有螺旋桨不能比拟的优势.正是这样的需求，对喷水推进泵的 设计提出了越来越高的要求，传统的二元技术已 经很难满足高效率喷水推进泵的设计.20世纪90 年代，计算机技术和计算流体力学得到了很大发展，这使得喷水推进泵的设计和优化技术也得到了很大提高，设计者得以借助计算机对喷水推进泵进行快速的三元设计.世界知名的喷水推进厂商Kam ew a公司、Hamilton公司、M JP公司最近 几年也借助三元设计方法，相继推出了多款大型喷水推进器[>2].A k ira等〜4]运用C F D对混流泵 的内流场进行了数值模拟，并用试验的方法验证了数值计算中的二次流问题，通过对三元设计中 叶片负载分布的研究，成功的减小了叶轮和导叶中的二次流.运用C F D和三元设计方法对一款离心泵进行了优化设计，经过对比，发现二次流基本 消失.D uccio等[5]又对混流泵设计中的导边包角、堆叠条件等几个重要参数进行了研究，运用三 元设计理论成功设计出了高效的喷水推进用混流 泵.三元设计对流动的假设减少了，但因为考虑了 流动的三维性而更具优越性.因此在国内也得到 了越来越多的重视和应用.常书平等[6]对三元设 计中三种叶轮出口环量形式进行了研究，得出了 递增型环量分布泵的效率较高但容易空化的结论.靳栓宝等[7]则通过对紧凑型水泵的轴面形状分析，成功运用三元理论对某高比转数混流泵进行了轴流式设计，喷泵敞水效率达到了 92. 7%.针对某巡逻艇选型国外某喷泵达不到设计航 速这一问题，首先对该艇所选喷水推进泵进行了建模，运用C F D方法对其进行了水力性能计算，找到了该艇未达到设计航速的原因；然后运用三 元设计理论在考虑粘性情况下重新设计了一款喷 泵.计算后发现，无论效率还是流动状态都有较大 提高，设计工况下，航速也达到了预定航速.收稿日期：2016-11-15王小二（1988—）：男，博士生，主要研究领域为水下推进技术国家自然科学基金项目资助（51309229)第1期 王小二，等：高速巡逻艇喷水推进泵三元优化设计研究• 65 •1控制方程和方法验证1.1控制方程运用基于有限体积法和中心节点控制的计算机程序来求解雷诺-时均方程，湍流模型选用SST模式，该模式既保证了近壁面处湍流耗散小，收敛性好的特点，同时，在湍流充分发展的区域，对复杂流场的流动状况捕捉的也比较好.不可压粘性流体的控制方程如下.^ = 0 (1)d dt (fMi)dxid dXj (//+///)/dUi d llj、K dXj dXi y+ f i(2)式（1)和式（2)分别为质量方程和动量方程，/z为质量力;//为流体动力粘性系数;p为湍流动力粘 性系数.1.2 方法验证在对该艇所选用的国外某喷水推进器水力性 能计算之前，先选择国外某厂家提供比对数据的另一型喷水推进器进行数值模拟，以验证所用数 值模型和计算方法的可信性.该泵叶轮进口直径为710 mm，有6个叶片 和11个导叶，其几何模型见图1.图1几何模型图泵的喷口和流道采用IC E M进行六面体网格化分，近壁面处进行网格加密，保证边界层流动 模拟3^+在200以内.叶轮和导叶的六面体网格采 用turbo-grid进行网格划分，叶片周围采用O型 网格，叶轮顶端间隙处设置10层网格，保证间隙 处流动的详细捕捉，见图2.各部件最终网格数见表1.表1各部件网格数万个部件网格类型网格数节点数喷口六面体43. 448. 7导叶六面体98. 8110叶轮六面体86. 390进口直管六面体62. 365. 7图2叶轮导叶网格图边界条件设为总压进口、静压出口，不考虑流 体重力影响，叶轮和流道、导叶交界面采用稳态多 参考系方法进行数据传递，计算步长设为物理时间1/〇;，其中为叶轮每秒转过的角度.计算6个不同转速下泵的水力性能，以泵的 轴功率为对象，求取数值模拟结果同试验数据的比值，结果见表2.由表2可知，计算值和试验值相对误差在2%以内，满足工程需要，同时也证明 了该文中所用数值计算方法的可信性.表2某混流泵轴功率计算结果转速/(r • m in-1)计算值/试验值相对误差/ % 7000. 983 1. 78000. 986 1. 49000. 989 1. 11 0000. 982 1. 81 100 1. 015 1. 51 2000. 989 1. 12巡逻艇所选国外喷泵性能的CFD 计算研究的对象为某巡逻艇所选国外某喷水推进 泵，该泵为一个单级轴流泵.在设计工况下，该巡 逻艇未达到设计航速，现用计算流体力学方法对该泵的敞水性能进行计算分析以查找原因.2.1 几何建模根据国外某厂家提供的数据，运用三维几何建模软件U G对原喷泵进行几何建模，该泵直径 为560 mm，其中，叶轮的叶片数为5片，导叶叶 片数为7片.几何模型见图3.图3艇用轴流泵几何模型• 66 •武汉理:n 大学学报(交通科学与工程版)2017年第41卷图5边界条件设置图2.4裸泵计算结果分析分别在5个不同流量情况下，计算泵的功率、 扬程和效率.计算结果见图6.由图6可知，在设 计工况下，泵的效率为88. 8%，同时当流量在 80%设计流量时，泵的效率下降较大，只有 82. 8%，这说明泵的高效区比较窄，在实际航行过 程中经济性会比较差.同时在导叶处也发现存在 一定程度的漩涡，导叶轮毂处有比较严重的二次 流产生，见图7〜8.2.5 “泵+流道+平板船”推进性能分析在对裸泵进行水力性能计算后，需要进一步 X 才“泵十流道十平板船”组成的系统进行数值计2.2网格划分采用与验证计算中相同的网格划分方法，对 该轴流泵进行网格划分，喷水推进器各部件近壁 面处考虑流体边界层，对近壁面处网格进行加密， 保证3^+在200以内.为了对该轴流泵全通道进行 网格无关性分析，在设计转速下，使用S S T 湍流 模型对该泵在不同网格数目下的叶轮功率进行计 算，计算结果见图4.由图4可知，轴流泵的整体 网格在110万〜200万时，轴流泵的叶轮功率基 本没有变化，在实际计算过程中，网格节点数采用 216万，从而确保了计算精度.该泵边界条件设置见图5,其中叶轮中叶片 和轮毂设为相对静止壁面条件，叶轮外壳设为绝 对静止壁面条件，叶轮转速为1 329 r /min ，计算 裸泵水力性能时采用额定转速工况下流量作为进 流条件，SP 2 460 kg /s ，泵的出口设为静压出口. 其他边界条件同验证试验中的相同.图6所选泵的水力性能图算，以预报该泵装船后船的航速.其中，平板船的 长宽高根据文献[8]，分别取为叶轮进口直径的 30倍，10倍，8倍.对于来流给定不同的航速作为边界条件，叶轮转速设为额定转速1 329 r /min ， 计算喷水推进器装船后的效率和推力性能.经过 后处理发现，该泵在45 k n 航速下，推力远小于厂 家提供的阻力.改变航速后，重新计算.最终的航 速预报结果见图10.由图10可见，推力曲线和阻 力曲线相交在39. 7 k n 左右，远低于设计航速.通 过线性插值，可得此时泵的效率在87%.对流道 的内流场进行观察，发现流道背部存在大量涡旋， 这对推进器的进流产生了很大影响，同时涡旋也 损耗了来流的部分能量.3三元优化设计与性能分析3.1三元设计理论H 元设计理论的基本思想就是将三维的流场分解为周向的平均流场和周期性脉动流场来求 解.在求解2个流场过程中为了简化叶轮中水流 的流动状态，对水进行无粘、不可压缩、定常假设.u r u l u流量进ID静压出2IS第1期王小二，等：高速巡逻艇喷水推进泵三元优化设计研究• 67 •图9流道背部流线图用叶片中心的涡面代替叶片对水的作用，涡的强 度由周向环量27^%控制.在完成2个流场求解 之后，再通过有限差分法和贴体坐标系求解整个流场的速度分布[1°14];叶切面通过叶片表面流线的一阶双曲型偏微分方程求得，根据输人的堆叠 条件生成叶片，对比新旧叶片包角，当前后叶片包 角的差别小于10 5r a d时，认为该叶片已完成设计.否则，对流场和叶片进行重新计算，直到满足 条件为止.需要在设计之前需要的参数有：叶轮或导叶 轴面线；叶轮的转速〃;流量Q;叶片数叶片负载在轴向上的分布规律叶片厚度.其中叶片厚度由叶片的结构强度确定.负载分布规律用来控制流场需要特别给出，其他参数由选型决定.3.2新泵轴面线设计根据该船所要求的航速，原所选喷泵已无法满足要求，因此对该艇所需喷水推进器进行重新选型和设计，具体选型结果见表3.重新选型后，进口流量增大到原来流量的1. 2倍，叶轮进口直 径缩小为原来直径的89%，考虑高航速下泵的抗表3新泵选型结果选型参数数值喷速比1. 4航速/k n45. 63转速/(r •m in-1)1315扬程/m36. 86比转速556汽蚀比转速1004流量/(m3•s-1) 3. 01泵进口直径/m0. 5泵喷口直径/m0. 335空化性能，根据文献[9]，叶轮选取6个叶片，导叶 取为11叶.运用三维几何建模软件对选型后泵的轴面线 进行设计，原泵中叶轮轮毂直径为165 mm，毂径 比为〇. 59,过流通道横截面115 mm，有些偏小. 新的轴面线同时减小了叶轮直径和轮毂比，叶轮 直径选为500 mm，毂径比选为0. 5,过流通道横 截面增大为125 mm.叶轮直径减小后，叶稍的速 度减小，水泵的抗空化性能会进一步提高.同时，叶轮和导叶的轮毂段使用贝赛尔曲线画出，保证 在实际使用过程中叶轮和导叶中的水能平滑流动，叶轮导叶连接处同水平线相切.图11显示了 新设计泵的轴面形状.图11新泵轴面形状3.3叶片负载分布根据文献[5]，在三元设计中，叶片的负载分 布对泵的效率和空化有重要影响，也是本设计的 关键.采用文献[5]中推荐的负载分布规律，对叶 片负载米用前重载分布，即在20%的弦长处负载 达到最大，之后保证平稳，在40%弦长处开始下降，这样在保证泵效率的同时，不容易出现流动分 离.同时合理分配叶轮轮毂和外壳截面处的负载，整个轴面负载通过线性插值得到，具体分布规律 见图12.运用三元反问题设计方法求取叶片中心 面，进而采用流体动力性能较好的N A C A型厚度 分布规律为叶片加厚，导边和随边处进行修圆处理，提高叶片的抗空化性能.经过计算发现，在设 计点裸泵的效率较高，空化情况也满足条件，需要 进一步分析新泵的全工况水力性能.图13显示的 是新设计的叶轮和导叶几何模型.+轮毂+外壳叶片轴向距离归一化a)叶轮轮毂负载3.4新泵的水力性能分析采用同第1节验证中相同的网格划分和水力 性能计算方法对新设计的泵进行数值计算，叶轮 和导叶全通道网格数为166万.新设计泵的性能• 68 •武汉理工大学学报(交通科学与工程版)2017年第41卷1 200 1 1001 000900 800a )叶轮b )导叶和喷口图13新设计泵的几何模型曲线见图14,由图14可知，新设计的喷水推进泵 在很大的流量范围内具有85%以上的高效率，在 设计流量3 010 kg /s 时效率达到91. 25%.新设 计泵导叶中的流动情况见图15.由图15可知，代 表水流的速度矢量图光滑平顺，这表明导叶处的 漩涡和二次流得到了很好的解决.叶轮表面压力 情况见图16,其中深色区域代表低压区，可以看 到只有叶轮导边处有一非常小的深色窄带，这是 由于非均匀进流条件引起的，对泵的水力性能和 使用寿命影响不大.十平板船”系统进行计算分析，新的流道由作者所 在团队其他成员设计提供，其几何见图17.航速 45 k n 时，其流道效率达到95. 7%.加上流道和平 板船之后，设定泵的转速为1 315 r /min ，来流速 度设为45 kn ，计算喷水推进器的推力，计算后， 发现推力大于阻力，调整来流速度，重新计算.将 推力曲线与阻力曲线相交，结果见图18,可以看到航速预报在46 k n 左右，满足选型设计要求，此 时船后泵效率在89%*图17新设计流道图因此，从总体上来说，新设计的泵各项性能合 格，同原来选型泵相比，新设计的泵几何尺寸较 小，所以质量更轻；流动分离得到了较好的解决， 设计工况下未见空化.4结论1)针对原来喷泵的毂径比偏大，导叶中有漩涡的问题，采用三元设计方法重新设计了一款喷 泵，新泵的效率达到了 91. 25%，体现了三元设计 方法较传统一元、二元方法的优越性.2)三元设计过程中，负载分布对泵的效率和抗空化性能有较大影响，选择合适的负载分布，是 三元设计过程中的关键.3)设计过程中，泵的轴面线采用四阶贝赛尔曲线绘出，能够保证叶轮和导叶连接的平滑过渡， 比用多段圆弧连接要更光顺，同时，可根据需要调 节控制点以改变轴面线形状.参考文献[1] 刘承江，王永生，丁江明，等.现代喷水推进装置的演变[J 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M arine w ateriet propulsion [J ].2 0002 5003 0003 5004 000流量 0"k g .s -〇图M新泵水力性能曲线图PressureContour 1--9.793®+004 -9.827e +004 -9.861e +0(H -9.895e +00' -9.929e +00 -9.963e +0 -9.997e +0 -1.003e +00 -1.006i +005 i -1.010e +005l -1.013e+005 [Pa]图16叶轮表面压力云图3.5 “新泵+新流道+平板船”计算分析新的推进泵设计出来之后，对“新泵十新流道API /』嫌吞55 5 5 558 7 6 5 43第1期王小二，等：高速巡逻艇喷水推进泵三元优化设计研究•69 •T ransaction of S N A M E,1993,101 ：275-335.[3] A K IR A G, ZA N G EN EH M. H ydrodynam ic designof pump diffuser using inverse design method andC F D[J]. Journal of Fluids E ngineering, 2002 , 124 ：319-328.[4] A K IR A G, M O TO H IK O N. H ydrodynam ic designsystem for pum ps based on 3-D C A D，C FD，and inverse design m eth o d[J]. Journal of Fluids Engineering, 2002,124 ： 329-335.[5] DUCCIO B. M EH RD A D Z. Param etric design of aw aterjet pump by means of inverse design, CFD calculations and experim ental an alyses[J]. 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China) Abstract：In order to investigate the reason why a patrol boat could not reach its design speed when abroad waterjet propulsion is chosen,CFD method is used to calculate hydrodynamic and cavitation performance of the axial water jet pump.Through analysis of the flow in the pump,it?s found that the pump?s efficiency is low at the design condition and there are some vortexes and flow separations at the guide vanes and duct.A new pump type is selected and designed through three-dimensional inverse design theory.During the draw of the pump meridional channel,the Bezier curve is used to guarantee the meridional channel smooth.At the same time,the number of rotor blades was increased to suppress the area of low pressure.I t?s shown that the efficiency of the new pump has been improved to 91. 2%after optimization.The new pump has a good resistance to cavitations and the secondary flow behavior in the diffuser is completely eliminated.Based on numerical self propulsion of “hull+duct+pump”，the patrol boat reaches its design speed successfully.Key words：patrol boat；water jet propulsion；CFD； 3-D inverse design theory；optimization。
水泵系统的优化设计与研究
水泵系统的优化设计与研究一、水泵系统的概述水泵系统是将水从水源处输送到需要使用水的地方的一种设备。
水泵系统由水泵、管道、阀门和配件等部件组成。
在设计和使用过程中，需要考虑水源的位置、输送距离、流量、扬程等多个因素，以保证水泵系统的正常运行。
二、水泵系统的常见问题及优化方案1. 泵的选型问题泵的选型是决定系统输送能力的关键因素，选用不当会导致系统的流量、扬程、效率下降以及能耗增加等问题。
因此，在选型时需要考虑水源的要求、泵站的布局、管网的规划等因素，同时根据泵的特性曲线和系统的需求来选择合适的泵型。
优化方案：根据实际的水源要求和系统的需求，对泵进行评估，选择合适的泵型。
比如，对于不同扬程和流量的要求，可以选择多级泵和变频泵。
2. 管网设计问题管网设计是水泵系统中最主要的部分之一，合理的管网设计可以达到节能、降噪和减少泵损失等目的。
在管网设计中，需要考虑管道的材料、直径、长度以及管网结构等因素。
优化方案：在进行管网设计时，需要采用优化计算方法，通过实测数据和计算来获取管道的实际流量、扬程、动能、损失及其它参数，再根据不同的需求进行结构设计，以此改善管网运行效率和安全性。
3. 阀门和附件选择问题阀门和附件是水泵系统中关键的控制元件，其优劣直接影响系统的性能、安全与运行成本。
阀门和附件的选择与管道直径、流量、阻力以及系统的需求有关。
优化方案：在进行阀门和附件的选择时，需要根据实际情况和系统的要求进行考虑。
比如，在管道中布置泄压口和节流口，减小流阻；适当增加管径，避免流量过大产生波动、冲击和涡流等。
三、优化设计案例分析1. 某生态农业园灌溉系统优化设计该生态农业园的水泵系统涉及要求水源海拔800米，所需扬程为250米，流量为50m³/h，输送距离为7500米。
传统的方案是采用单级泵，配套8寸钢管输送，但将导致很大的输送损失和能耗增加。
优化方案：引进多级泵和变频泵，可以减少损失和降低能耗。
设计方案分为两级，一级扬程为150米，流量为50m³/h；二级扬程为100米，流量为50m³/h。
无堵塞泵理论与设计探讨
无堵塞泵理论与设计探讨滕国荣;严建华;欧鸣雄;盛绛【摘要】无堵塞泵主要用于输送含有固体颗粒悬浮物或纤维状悬浮物的液体,广泛应用于钢铁、电力、市政、环保、造纸、煤化工等领域和农村沼气池废料排送、池塘污泥清理等.文中对无堵塞泵的应用、叶轮形式、泵体形式以及一体多轮的设计进行了探讨.【期刊名称】《机械工程师》【年(卷),期】2010(000)010【总页数】4页(P111-114)【关键词】无堵塞泵;叶轮;泵体;设计【作者】滕国荣;严建华;欧鸣雄;盛绛【作者单位】江苏省特种化工泵工程技术研究中心,江苏,靖江,214537;江苏省特种化工泵工程技术研究中心,江苏,靖江,214537;江苏省特种化工泵工程技术研究中心,江苏,靖江,214537;江苏省特种化工泵工程技术研究中心,江苏,靖江,214537【正文语种】中文【中图分类】TH31 引言在许多行业的工艺流程、生污水和工业废水等的排放中，对用以输送含有固体颗粒、纤维或悬浮物液体的污水泵需求量越来越大，而且对泵的防堵塞性能要求也越来越高。
市场迫切需要性能优、效率高、汽蚀性能好，经久耐用的污水泵。
因此，无堵塞泵成为近年来国内外热门的前沿研究课题和重点开发的新产品。
由于污水中所含的杂质不同，就需要设计不同种类的污水泵以满足不同的使用条件和使用工况。
污水泵的核心水力部件是叶轮和泵体，其性能的优劣，也就代表泵性能的优劣，污水泵的抗堵塞性能、效率、汽蚀性能以及抗磨蚀性能主要是由叶轮和泵体蜗室两大部件来保证的。
其设计的形式不同，所能输送的介质也有所不同。
本文仅对无堵塞泵的叶轮和泵体设计进行探讨。
2 无堵塞泵叶轮设计无堵塞泵叶轮一般设计成4 种型式：叶片式（闭式、开式、半开式）、旋流式、螺旋离心式、流道式（包括单流道和双流道）。
2.1 闭式叶轮对于电力、冶金、矿山、煤化工等领域用以输送含有固体颗粒的叶轮，因介质是含有石块、砖块、泥沙、煤渣、玻璃等磨蚀性杂质的流体，泵除了选用合理的耐磨材料来制造外，必须高度重视叶轮设计。
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SP无堵塞旋流泵的优化设计探讨
发表时间：2019-08-05T11:36:44.453Z 来源：《基层建设》2019年第11期作者：于豪杰
[导读] 摘要：旋流泵是一种因其内部流体存在旋转的旋涡运动而得名的设备，多用于输送复杂介质或含杂质流体，如含垃圾、短纤维物质或粪便的两相流体，可抽送含气率较高的液体。
烟台恒邦泵业有限公司
摘要：旋流泵是一种因其内部流体存在旋转的旋涡运动而得名的设备，多用于输送复杂介质或含杂质流体，如含垃圾、短纤维物质或粪便的两相流体，可抽送含气率较高的液体。
关键词：旋流泵；无堵塞泵；优化设计
旋流泵的结构特点是叶轮为开式或半开式，叶片为直叶片并呈放射状布置，叶轮与前泵壳之间有较宽阔的轴向空间，或者说叶轮后缩至泵壳后腔，这便为固体介质通过泵体提供了良好的条件。
1 结构特点及工作原理
1.1发展史
美国西部机械公司（Western Machine Company）研制出第一台WEMCO型旋流泵之后，其它泵公司也相继开始了对旋流泵的设计研究。
1956年Stenbery Flygt公司试制出了旋流潜水泵。
1959年瑞士埃格尔（Egger）公司开始生产旋流泵。
而后日本也开展了对该种泵的研究和生产。
1968年，西德学者Rutschi公开发表了旋流泵实验研究报告。
到目前已有多个国家和地区生产旋流泵，国外一些大的泵制造公司已将该泵型作为标准泵型生产。
国内对旋流泵的研究起步较晚，石家庄水泵厂曾在20世纪60年代中期试制过一台用于输送顺丁橡胶的旋流泵。
1979年蔡振成对6J35型旋流泵进行了试验研究。
80年代，北京农业工程大学和江苏工学院公开发表了旋流泵方面的一些研究成果。
近些年来，国内关于旋流泵的研究主要集中在兰州理工大学、江苏大学等高校，研究内容多为综述、CFD模拟及性能分析。
产品方面，以企业为主导，开发了一些具有特殊性能和应用领域的泵型，如切线泵、旋流稳压泵等。
1.2结构特点
叶轮为开式或半开式，叶片为直叶片并呈放射状布置。
在输送含有固体颗粒的介质时，由于水流在进入旋流泵叶轮这前将在环形涡壳中将大部分颗粒分离出去，因而无堵塞性能好，叶轮磨损也相应减轻；输送的物质大部分在无叶腔的旋流带动下流出，因而无损性差，即对物质的破坏作用大；可以输送含气体的液体。
1.3工作原理
旋流泵的工作原理是当叶轮旋转时介质受离心力的作用能量增加，进入叶片间的介质受叶片的推动与叶轮一起运动，在叶轮出口顶部附近的介质因离心力较大形成了贯通流，在叶轮中部的介质形成了循环流，贯通流经泵腔出口流出，形成一定的扬程；介质中的固体颗粒和纤维在循环流的作用下获得能量，绝大部分不经过叶轮，而在无叶腔内运动后经泵出口排出，从而达到输送复杂介质或含杂质流体的目
的，因为输送的介质不经过叶轮，而是从叶轮旁边的泵腔通过，因此堵塞现象完全排除。
1.4影响因素
（1）提高旋流泵的效率必须考虑如何降低旋流泵的循环流和轴向漩涡。
（2）通过观察输送胡萝卜试验，当小流量时，萝卜几乎不循环就快速流出涡室；随着流量加大，萝卜循环圈数明显增多。
（3）泵体形状对旋流泵性能的影响：对于螺旋形泵体，Q-H曲线降低，轴功率大，效率低，但高效范围宽；对于半螺旋线形泵体，Q-H曲线升高，轴功率曲线下降，效率明显提高；对于圆环形泵体，Q-H曲线与半螺旋线形相近，最高效率点效率值高，高效点向小流量方向移动，但高效范围较窄，大流量区域的效率明显下降。
（4）轴向间隙对旋流泵性能的影响：一般可通过减小叶轮与泵壳的轴向空间宽度来提高效率，但这样将降低固体介质的通过性，换言之，旋流泵是以牺牲效率为代价来换取工作的可靠性的。
（5）叶轮直径D2对旋流泵性能的影响：对于其他结构尺寸参数固定匹配情况下，D2以一个中间值所表现出的性能为最佳，泵效达最高值。
（6）叶轮叶片宽度b2对泵性能的影响：随着b2增大，扬程曲线几乎平行上升且变得较为平坦，功率曲线上升，泵效率亦上升。
但增大至最佳叶片宽度范围内，进一步增加b2并不显著影响泵的效率。
b2增大有利于提高泵最大流量，这与离心泵一致。
（7）叶轮叶片数z及叶片形状对泵性能的影响：叶片数z增多，扬程和效率显著提高，但达到一定数量后扬程和效率不再增加。
叶片数8~10片为佳。
对于叶片形状，前弯叶片扬程及泵效均最高，其功率曲线上升较快，容易造成泵超载运行；直形叶片结构简单，功率曲线上升较慢，泵效率居中，设计中优先采用；后弯叶片泵效率及扬程最低，且功率曲线上升较快。
（8）涡室宽度B对泵性能的影响：B增大，泵流量增大，通过性能提高；但B 过大，扬程曲线及泵效率曲线明显下降；B过小，泵效率也下降，且通过性能变差，抽送大径软颗粒受到限制。
旋流泵与其它杂质泵相比具有以下特点：
（1）无堵塞性能好，可通过大约与泵出口口径相当的固体颗粒，但对输送的物料具有一定破坏性。
（2）叶轮和泵体之间的轴向间隙对泵性能的影响不如离心泵那样敏感；
（3）耐磨性好，不存在磨损后间隙加大而造成性能下降的问题，再加上固体颗粒绝大部分不经过叶轮，因此对叶轮的磨损也相应减轻，叶轮的使用寿命长。
（4）旋流泵叶轮大多为开式径向叶轮，制造工艺简单，叶轮流道容易加工且叶轮容易平衡，运行平稳。
（5）泵吸入性能好，具有良好的抗汽蚀性能，可抽送含气率较高的液体，也可抽送高浓度以及高粘度的液体。
（6）由于循环流的存在，水力损失较大，泵的效率基本在60%以下且其无量纲比转速的使用范围为60～130。
2.优化设计
旋流泵以其新颖的结构和处理固液介质所具有的无堵塞特性，正在各行各业得到广泛的应用。
70年代以来国内外学者对旋流泵进行一系列的实验和理论研究，然而泵的效率仍然很低，产品泵的效率停留在45%左右。
根据对旋流泵内部流场测试和计算，我们了解到影响其效率的因素主要来自两个方面：（1）泵体内的循环流流动（2）叶轮内部较强的轴向旋涡。
因此提高旋流泵的效率必须考滤如何降低旋流泵的循环流和轴向旋涡。
我们通过一系列试验证明，倾斜的叶片效率高于直叶片，双向倾斜的叶片效率高于单向倾斜的叶片。
我们设计叶轮采用双向倾斜叶片，提高了泵效率；增加了背叶片；更改背靠背角接触球轴承和圆柱滚子轴承配合；转子轴向间隙可调节，通过调整顶丝使转子部件可前
后移动；采用油浴润滑，由恒位油杯自动调整油位；轴承悬架可以无冷却（设有散热筋），水冷却（设有水冷套）；轴承由迷宫式防尘盘
密封。
叶轮设计背叶片，平衡轴向力和减少密封腔压力；轴承采用背靠背安装的角接触球轴承和圆柱滚子轴承配合，承受径向力和残余轴向力。
单列角接触球轴承只能承受一个方向的轴向负荷，在承受径向负荷时，将引起附加轴向力，并且只能限制轴或外壳在一个方向的位移。
通过设计成背靠背安装的角接触球轴承能承受较大的径向负荷为主的径向和轴向联合负荷和力矩负荷，限制轴的两方面的轴向位移，载荷作用中心处于轴承中心线之外，力作用点跨距较大，故悬臂端刚性较大，当轴受热伸长时，轴承游隙增大，轴承不会卡死破坏。
2.1转子轴向间隙可调节
转子轴向间隙可调节，增加后轴承体，通过调整顶丝使转子部件在轴承箱中可前后移动。
叶轮工作一段时间后，因背部间隙增大带来的不良影响，在确保不更换零件的情况下得以消除间隙而继续工作一定周期，方便作出维修计划。
2.2轴承可采用冷却结构
输送介质温度过高时，轴承悬架可以水冷却（设有水冷套），通进更换轴承悬架和增加水冷套，在水冷套处通入冷却水，对轴承部位进行冷却降温，从而延长轴承使用寿命，保证泵正常运行。
2.3轴向间隙可调节，轴承采用冷却结构
对于特殊工况，既可采用轴承冷却结构，又可调整转子轴向间隙，从而满足工况要求，保证泵正常运行。
3结论
通过叶轮采用双向倾斜叶片，提高泵效率；增加背叶片，平衡轴向力和减少密封腔压力；轴承设计背靠背安装的角接触球轴承和圆柱滚子轴承配合；转子轴向间隙可调节，通过调整顶丝使转子部件可前后移动；轴承采用水冷结构，能满足不同工况使用，使泵运行更加稳定。
参考文献：
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⑷沙毅.旋流泵设计方法探讨.水泵技术，1990。