離心泵壓水室形式對微型電泵性能影響

微型電泵是指輸入功率小于1.1kW的泵。它具有流量小、揚程高、重量輕、結(jié)構(gòu)簡略、通用性強、運用方便等特點，廣基金項目：十一五“國家科技支撐項目（2008BAF34B15）；江蘇省科技服務(wù)業(yè)方案項目（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。因為葉片出口寬度較小，葉輪外徑較大，軸面流道細(xì)長，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規(guī)則，流動狀態(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，因為這種結(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；多級泵的末級導(dǎo)葉也多選用環(huán)形壓水室，因為這樣結(jié)構(gòu)對稱，便于安置穿杠，且使熱變形均勻。

　　微型電泵大部分都是運用螺旋形壓水室，但因為蝸殼的斷面尺度較小，流道不能機械加工，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，對泵的功能具有無足輕重的影響?，F(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)死點揚程，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，比馬蹄形稍低一些。曾說到比轉(zhuǎn)速低于40時，因為環(huán)形壓水室便于機械加工和打磨，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的比較以及內(nèi)部流動的剖析，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，額定揚程Hi=速n =29.將其定義為1號泵。

　　XCm158微型電泵運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作為對比模型3號和4號泵。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號泵2號泵3號泵4號泵表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)行實體建模，然后導(dǎo)入ICEM對模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。建模時，為了防止進(jìn)口旋渦區(qū)對流場及流量的影Pfi，在葉輪進(jìn)口段加一進(jìn)口管，其長度為進(jìn)口直徑的3倍；考慮到出口邊界條件對蝸殼出口流場以及收斂性的影響，在蝸殼出口段加一出口管，其長度為出口直徑的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)值模仿核算運用ANSYSCFX12.0求解雷諾時均方程，其間的雷諾應(yīng)力項選用規(guī)范e湍流方程模型求解并封閉方程組。在ANSYSCFX12.0中，選用有限體積法對方程組進(jìn)行離散，離散過程中的對流項選用高分辨率格、規(guī)劃點工況和大流量工況（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)行對比，由可知：在0.6（工況下，1號泵和3號泵出口靜壓根本相同，3號泵的環(huán)形壓水室與葉輪內(nèi)的靜壓變化較均勻，而1號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)，這是因為1號泵在小流量下流動不均勻，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，不可防止的會呈現(xiàn)一不同工況點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。但正是因為回流起分流效果，使壓水室出口斷面的流速大大降低，完成泵出口動能向壓能的轉(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，壓水室的沿程沖突丟失占的比重越大，環(huán)形壓水室內(nèi)壁潤滑的優(yōu)勢越杰出。別的，兩個泵出口靜壓的差異與揚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均勻散布，在泵偏工況運轉(zhuǎn)時，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)死點時散布均勻，旦發(fā)生流量，這種平衡被損壞。在最高功率點環(huán)形壓水室水力丟失大于螺旋形壓水室。而在微型電泵中，因為環(huán)形壓水室流道表面可機械加工，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)定壓力散布對泵的功能的影響。

　　4徑向力剖析泵在運轉(zhuǎn)時會受到流體沿葉輪徑向的徑向力，而徑向力會使泵軸受到交變應(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)劃泵時需要對徑向力作恰當(dāng)?shù)目紤]。為數(shù)值模仿猜測的1號泵和3號泵的徑向力。

　　兩種泵的徑向力散布由能夠看出1號泵的徑向力跟著流量的添加先減小然后增大，在規(guī)劃工況點附近到達(dá)最小值，但并不為0，其原因是因為泵體的非對稱結(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)非對稱性；而3號泵其徑向力在小流量時最小，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號泵的徑向力小于1號泵；在大流量區(qū)域，3號泵的徑向力略大于1號泵。這樣，相較于1號泵，選用環(huán)形壓水室的3號泵可在全流量范圍內(nèi)安全穩(wěn)定地運轉(zhuǎn)。

　　5試驗驗證將1號泵與3號泵按回轉(zhuǎn)動力泵水力性（下轉(zhuǎn)第88頁）離心泵葉輪內(nèi)部湍流動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)一個極大值后開端減小，接著在在一個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，湍流耗散率增長非常迅速，原因可能是在小流量工況下，這個區(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)語本文選用e雙方程湍流模型，進(jìn)行了試驗驗證，剖析了由數(shù)值核算與試驗所測得XST規(guī)范離心泵揚程、功率、軸功率等數(shù)據(jù)之間存在差異的原因，驗證數(shù)值核算的可靠性。）湍流動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，