离心式固液两相流泵是固体物料管道水力输送的关键设备,输送效率和输送时的维 护成本都与它有直接关系,其主要失效形式是叶轮叶片的磨料磨损。叶轮参数的选择和 叶片型线的确定都直接影响泵的水力效率和抗磨损能力。 在查阅大量国内外相关文献的基础上,本文选择边界层理论作为研究叶片型线设计 的基本理论。在固液两相流的液相和固相动量微分方程、连续方程及固液相耦合方程的 基础上,推导了基于边界层理论的叶片型线方程。由于边界层分离和尾流区的影响都会 加剧磨损和降低水力效率,本文讨论了边界层分离条件,总结出无进口预旋时叶片型线 的设计方法。通过叶轮叶片磨损机理的研究,推导出了进口预旋角的选择方法,该方法 能有效降低尾流区影响,从而减小固体颗粒对叶片的磨损。这样既避免了三维流体的复 杂数学模型的建立和推导,又弥补了边界层理论在进口预旋角选取上的不足。 以 100 型渣浆泵为实例,利用边界层理论设计出了叶片型线的参数方程。利用 Pro/E 建立了叶轮的三维参数化模型,该模型中的叶片是以边界层理论推导出的叶片型线的参数方程为基准线,利用 Pro/E 的薄板扫描特性而生成的。因此,该模型符合边界层理论,满足边界层不分离条件。本文还利用 Pro/E 的族表特性,实现了叶轮的动态建模。 利用 Ansys 软件对叶轮的单个叶片所受的应力进行了有限元分析,再对采用对数螺 线设计的叶片进行建模和同条件下有限元分析,二者对比结果表明,基于边界层理论所 设计的叶片应力较均匀,应力最大值约减小 18%,所以应用边界层理论进行叶轮设计能 有效降低磨损,提高叶轮及泵的寿命。 本文的研究方法和结论,发展和完善了离心式固液两相流泵的边界层理论,对工程 上离心式固液两相流泵的设计有一定的指导意义。