复合叶轮离心泵无过载特性的正交试验分析

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1、江苏大学硕士学位论文第1章绪论1．1引言工业节能是全社会节能工作的重点，也是国家实施宏观调控和经济结构调整的重要手段。设备耗能是工业耗能中很突出的一部分。水泵产品又是我国工业领域最主要的耗能设备之一，其用量大、涉及面广，产品广泛应用于石油、化工、煤炭、矿产开采、电力、冶金、环保、城建等国民经济各领域。国家《“十一五”十大重点节能工程实施意见》提出了十大节能工程，以实现“十～五”期间单位GDP能耗降低20％左右的目标。在此《实施意见》中，泵被列入“电机系统节能工程”。据估计，我国水泵耗能总量约占全国总发电量的20％～

2、25％，而我国水泵的平均设计效率，比国际先进水平低约5个百分点，有着极大的节能潜力。通常人们将比转速甩。=30,---,80的离心泵称为低比速离心泵。低比速离心泵具有流量小、扬程高的特点，在石油、化工、国防、航天、农业排灌和城市供水等领域广泛应用。但也存在如下问题：圆盘摩擦损失及水力损失较大，效率普遍较低，能源浪费严重；小流量工况下，运行不稳定，扬程曲线易出现驼峰；轴功率曲线随流量增大而急剧上升，在大流量区运行易引起配套电机过载；汽蚀性能较差。针对低比速离心泵存在的如上问题，常用的低比速离心泵设计方法有加大流量设计

3、法、无过载设计法、面积比设计法和复合叶轮设计法等。加大流量法采取加大厉、b，、E和减小D：以及减少z等措施来提高低比速离心泵的效率，但该方法使叶轮出口面积比较大，轴功率在相同扬程下有所增加，因而水泵在大流量工况运行时易过载。1．1．1问题的提出及研究意义文献f11中将能在关死扬程到零扬程范围内任何工况点运行，均不发生过载或因过载而烧坏原动机的离心泵称作无过载离心泵，作者同时指出，低比速离心泵的轴功率随流量增加而不断上升较快，这使得低比速离心泵在大流量、低扬程工况运行时极易产生过载甚至烧毁原动机。一般工业用泵均在某种

4、特定的管路系统中工作，其参数和型号均可通过有关管路损失计算加以确定，且在出口管路上都有流量调节阀以保证泵在最高效率点或额定点运行，因而基本没有过载问题。但是农业泵和工程用泵诸如小型潜水电泵、微型泵等却不同，它们的一个显著特点就是：泵的运行工况多变且排出管路没有流量调江苏大学硕士学位论文节阀。因此，尽管泵的型谱卜都规定了各种参数泵的使用范围(一般在额定流量的0．7～1．2倍之间)，且生产厂家在产品说明书上也做了详细规定和说明，但因泵过载而烧毁原动机的现象却时有发生。以小型潜水电泵为例，由于泵的可移动性，一台泵常在多种

5、场合使用，运行条件极其复杂，泵的实际工况点经常变化。同时，为了所谓的“安全性和保险性”，农民用户通常宵R选择较实际所需高的扬程，但泵却在低扬程下运行，因而导致电机过载。袁寿其在文献f11中提出了解决普通低比速离心泵在大流量区运行易过载问题的方法，主要有正确的选型和使用、装置节流、选用变速原动机和水力设计方法等，并详细研究了无过载离心泵叶轮的原理与水力设计来解决农用和工程用泵过载的问题。离心泵的无过载与高效之间存在一定的矛盾，在一些场合，为提高运行可靠性，宁可牺牲一些泵效来改善轴功率性能，但这样会造成能源浪费。复合叶

6、轮可以减轻因叶片数Z较多带来的叶轮进口处排挤严重的现象，改善叶轮流道的扩散程度，并有效防止尾流的产生和发展，提高扬程系数，从而更好地控制流体运动，改善叶轮内流体速度分布，减小叶轮内水力损失以及从叶轮出口到泵体出口之间的混合损失，提高泵的性能111。同时在结构上很紧凑，因此该设计方法具有广阔的应用前景。根据复合叶轮可以提高泵综合性能的优点，如果可以研制出运行可靠，又能保持较高效率的低比速无过载复合叶轮离心泵，就可以在防止电机烧坏的同时节约能源，这是一个很值得研究的课题。1．1．2研究目的本课题旨在课题组前期对普通无过

7、载离心泵和复合叶轮离心泵研究的基础上，借助于Fluent数值模拟软件初步揭示无过载复合叶轮离心泵内部流动规律，基于Fluent对复合叶轮离心泵无过载特性进行正交试验研究，并通过实物试验来验证该方法的可行性。通过正交试验分析主要几何参数对复合叶轮离心泵无过载性能影响的主次顺序，寻求高效无过载复合叶轮离心泵的设计方法，为设计出性能优良的复合叶轮离心泵提供指导依据。2江苏大学硕士学位论文1．2复合叶轮离心泵国内外研究现状为了更好地理解和探索性能优良的复合叶轮离心泵的设计方法，首先对国内外复合叶轮离心泵的研究现状作简要地回

8、顾。1．2．1复合叶轮离心泵外特性试验研究在复合叶轮离心泵的研究中，试验研究是一项极为重要的工作。自20世纪70年代起，国内外对复合叶轮离心泵的外特性做了大量试验研究。前苏联X．ⅡonermoBH．piE]通过车削及焊接设计了两段变曲率大出口角双级复合式叶轮，研究结果表明，泵扬程增加，效率在大流量区提高12％～18％，汽蚀、噪音也得到了改善。BeceJIos