新型深井离心泵水力设计及优化研究

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深井离心泵是提取地下水的必备设备,给我国的农业发展起到的重要作用。而我国深井离心泵的现状的设计理念以及生产技术等都不能及时的跟上经济的发展需要,随着国外的先进的产品不断的涌入我国,给国内厂家的生存和发展带来了严峻的挑战。因此,提高深井泵的性能以及降低生产成本,逐渐成为广大厂家急迫的期望。  本文首先综合阐述了深井离心泵的发展历程,以及国内外现状及发展趋势并介绍了国内深井泵的研究情况。本文以100QJ16型深井离心泵为例,根据井泵的结构特点,对叶轮和空间导叶的水力设计。  然后运用三维建模软件和流场分析软件针对泵水力件实行三维实体的建模以及网格划分,以及概述了网格生成与数值模拟计算的理论,包括基本控制方程及方程的离散所使用的方法、湍流模型、经常使用的湍流数值模拟和其应用条件等。  使用ANSYS对泵各种流量下的整泵流场进行了数值计算,针对计算结果研究了各工况下叶轮、导叶以及泵腔等流道内的静压云图和速度矢量图的分布规律以及外特性性能曲线,结果表明:对于深井离心泵而言,水力损失最大的出现在导叶流道内,导叶是决定整泵性能优劣的比较关键的水力部件。  利用正交试验,建立起4因素3水平的正交表,通过9种方案的数值计算,找到了最优的空间导叶水力模型。影响导叶性能的最关键的因素是导叶进口角,然后依次为叶片的包角、叶片数以及叶片出口角。  在开式试验台上测试模型泵的外特性能,试验表明:在小流量及额定流量工况下数值模拟结果和试验值相比较,得出扬程和效率误差都不大。随着流量的增大,扬程和效率的误差也随之增大,但试验曲线和数值计算曲线的趋势一致,分析其原因可能与级间泄漏增加以及制造加工、装配误差等有关。在设计流量下,测试的泵的效率为67%,单级扬程为3.85m,基本与设计相同。  考虑到空间导叶设计复杂、制造难度大生产成本高的缺点,我们提出一种全新的导叶取名为轴向导叶。此导叶的主要优点在于能够上下拔模便于制造,可以大大的减少制造的成本。通过几种方案的数值模拟结果表明其水力性能优越于空间导叶。从数值结果来看,高效区比较广,最高效率在设计工况下达到75%。  随着我国经济不断的发展,尤其是广大农村地区的改革不断推进经济在近几年来得到了快速的发展,深井泵的市场前景广阔。每年都数以百万计的深井泵产品下线,投入工农业生产。现阶段国内许多厂家还能过获利但相比过去利润明显降低,针对这种状况多数厂家对是否投入资金对现有的生产设备进行改进存在着犹豫不决,因此,这个时候则需要在现有的生产设备的基础上不断的研究改进设计方法提高产品的质量,指引厂家逐渐向新工艺新产品的生产制造上过渡。
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