離心泵水力設(shè)計的研究

離心泵水力設(shè)計的研究
　　1、國內(nèi)水力模型的開發(fā)
　　離心式化工泵的水力模型設(shè)計方法基本上參考了普通離心泵，因此相關(guān)技術(shù)進(jìn)展與普通離心泵基本保持一致。在離心泵內(nèi)部流動狀態(tài)還沒有被人們認(rèn)識和掌握之前，完整準(zhǔn)確的設(shè)計理論還沒形成，而離心泵技術(shù)長期作為一門半理論半經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)，一次成功的水力模型設(shè)計往往要經(jīng)過反復(fù)修改和試驗(yàn)才能完成。技術(shù)人員在設(shè)計新產(chǎn)品時，大多只能尋找比轉(zhuǎn)速相等或相近的水力模型進(jìn)行相似換算，因此水力模型在新產(chǎn)品設(shè)計工作中就顯得非常重要。
　　20世紀(jì)70年代和80年代，沈陽水泵研究所、中國農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院、博山水泵廠、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)等單位在離心泵水力模型開發(fā)方面開展了很多工作，積累了許多   的水力模型。并且由沈陽水泵研究所負(fù)責(zé)組織并陸續(xù)出版了兩期“離心泵水力模型匯編”為國內(nèi)各企業(yè)的離心泵水力模型設(shè)計提供了豐富的模型庫。
　　2、傳統(tǒng)水力設(shè)計方法
　　2.1、相似換算法
　　相似換算法是建立在相似理論基礎(chǔ)上的一種方法，通過在一臺模型泵的基礎(chǔ)上對相似模型泵的尺寸進(jìn)行放大或縮小來得到所要設(shè)計的泵尺寸。對   相似的泵來說，比轉(zhuǎn)速相等。在相似工況下，假設(shè)實(shí)型泵和模型泵的效率相等，已知一臺泵的幾何形狀和性能參數(shù)，利用相似定律，按照比例放大或縮小為另一臺幾何相似的泵，并換算出相應(yīng)的性能曲線。這種設(shè)計方法要求要有一個水力模型庫。
　　2.2、速度系數(shù)法
　　速度系數(shù)法是以速度系數(shù)圖來進(jìn)行設(shè)計的。實(shí)質(zhì)上，它仍然是基于相似理論基礎(chǔ)的一種相似換算法，它同樣要求有好的泵模型，設(shè)計時按n選取速度系數(shù)，并作為水力尺寸的依據(jù)。它們的各項(xiàng)系數(shù)都是在比轉(zhuǎn)速大于或等于30r/min的情況下取得的，也就限制了它們用于較低比速和超低比速離心泵的設(shè)計。目前已有不少人對這種圖進(jìn)行了改進(jìn)，并用此方法進(jìn)行泵的設(shè)計和優(yōu)化。
　　2.3、面積比原理設(shè)計法
　　面積比設(shè)計法是根據(jù)Anderson的面積比原理進(jìn)行設(shè)計的，即用面積比繪制揚(yáng)程系數(shù)和流量系數(shù)的形式來修正標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計數(shù)據(jù)。其目的是根據(jù)不同的設(shè)計要求尋找   佳的葉輪和泵體匹配；其依據(jù)是不同的葉輪和泵體匹配將產(chǎn)生不同的泵性能；其實(shí)質(zhì)是將葉輪和泵體作為一個整體來系統(tǒng)考慮；其方法是綜合考慮設(shè)計參數(shù)、經(jīng)濟(jì)性、工藝性和可靠性等的優(yōu)化設(shè)計。
　　2.4、加大流量設(shè)計法
　　加大流量設(shè)計法依據(jù)低比速泵在小流量范圍內(nèi)運(yùn)行時，效率隨流量的增加而迅速提高，并將給定流量和比轉(zhuǎn)速放大作為設(shè)計參數(shù)來設(shè)計一臺較大的泵在小流量處作小泵使用。這樣的泵不僅在設(shè)計點(diǎn)處效率有較大提高，而且在整個使用范圍內(nèi)平均效率均有   程度的提高。
　　2.5、短葉片偏置法
　　短葉片偏置設(shè)計的目的是為了離心泵葉輪和泵體內(nèi)的速度與壓力分布，以提高泵的性能。其依據(jù)是葉輪內(nèi)速度和壓力分布隨葉輪流道形狀和葉片形狀而變化；其方法是綜合考慮設(shè)計工況和流道幾何形狀及其工藝性的優(yōu)化設(shè)計；其主要措施是在兩相鄰長葉片中間設(shè)置超短葉片，并向長葉片背面偏置；其不良后果是可能帶來鑄造工藝的困難。
　　3、水力設(shè)計進(jìn)展
　　目前基于經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和設(shè)計理論的一元設(shè)計理論已經(jīng)相當(dāng)成熟，一元設(shè)計理論也是當(dāng)前普遍采用的設(shè)計理論，而人們在設(shè)計過程中也已經(jīng)積累了很多   的水力模型。因此對于普通化工泵產(chǎn)品，設(shè)計者已經(jīng)能夠設(shè)計出一些水力性能比較   的模型，并能較好的滿足用戶的使用要求。
　　離心泵內(nèi)部流動是一個全三維的復(fù)雜流動，普通設(shè)計人員對于內(nèi)部流動特性的了解比較有限，而對于一些特殊用途的離心泵，采用一元設(shè)計理論設(shè)計的水力模型并不能   滿足要求。因此，優(yōu)化設(shè)計也隨之出現(xiàn)。開始階段，它是在基于經(jīng)驗(yàn)的一元設(shè)計基礎(chǔ)上，采用優(yōu)化設(shè)計理論，以某些參數(shù)為目標(biāo)對水力模型和結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化來獲得較好的水力性能，在優(yōu)化設(shè)計過程中相應(yīng)出現(xiàn)了性能預(yù)測和流動分析問題。對于水力旋轉(zhuǎn)機(jī)械的流動分析和性能預(yù)測，目前已經(jīng)開始大量應(yīng)用計算流體動力學(xué)(CFD)技術(shù)進(jìn)行全流場的三維數(shù)值模擬，基于流場模擬預(yù)測性能，改進(jìn)不利于性能提高的流動結(jié)構(gòu)，葉片負(fù)荷，提   。通過多年的發(fā)展，這類方法能夠較好的用于離心泵的工程設(shè)計和優(yōu)化。
　　基于內(nèi)流場三維流動模擬的離心泵優(yōu)化設(shè)計將是一個重要手段，正在成為離心泵設(shè)計過程中的關(guān)鍵步驟。其與反問題設(shè)計技術(shù)相互配，并且與CAD技術(shù)、CAM技術(shù)、人工智能技術(shù)等結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)   水力模型的快速、智能化設(shè)計和制造。
　　基于應(yīng)用需求和發(fā)展離心泵技術(shù)的需要，并且依賴于計算機(jī)、計算流體力學(xué)以及計算機(jī)輔助設(shè)計等領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展，人們已經(jīng)在一元設(shè)計方法的改進(jìn)、優(yōu)化設(shè)計和內(nèi)部流動數(shù)值模擬等方面開展了諸多工作，其中包括較為的CAD/CAF交互設(shè)計技術(shù)，使得離心泵的設(shè)計逐步從一元流設(shè)計向三元流設(shè)計方向發(fā)展。這些工作   了離心泵設(shè)計理論的發(fā)展，使得包括離心式化工泵在內(nèi)的許多離心泵的水力性能得到了明顯提高。