【摘 要】
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全贯流泵是将潜水电机技术和轴流泵技术结合的一种新型的机电一体化产品,叶轮安装在电机转子内腔,水泵叶片和电机转子相连,叶片没有叶顶间隙,存在定转子间隙,工作时水流从转子内腔流过,因此又叫电机泵。电机泵具有许多优点,如进水流态均匀,结构紧凑,安装方便,噪音低,克服传统贯流泵机组冷却、散热、密封等问题,但是全贯流泵装置效率较低,发展的关键在于提高泵装置的效率。目前国内外对全贯流泵装置的研究相对较少,因此
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全贯流泵是将潜水电机技术和轴流泵技术结合的一种新型的机电一体化产品,叶轮安装在电机转子内腔,水泵叶片和电机转子相连,叶片没有叶顶间隙,存在定转子间隙,工作时水流从转子内腔流过,因此又叫电机泵。电机泵具有许多优点,如进水流态均匀,结构紧凑,安装方便,噪音低,克服传统贯流泵机组冷却、散热、密封等问题,但是全贯流泵装置效率较低,发展的关键在于提高泵装置的效率。目前国内外对全贯流泵装置的研究相对较少,因此对全贯流泵装置内部流态和装置整体性能进行分析至关重要。本文通过数值模拟对全贯流泵装置的各部件及整体性能进行分析,得出:在各工况下前导叶进口流速均匀度在96%以上,叶轮进口流速均匀度在90%以上,加权平均角在88°以上,进口水流流态较好足以保证水泵的性能。全贯流模型泵的前导叶和进水喇叭管的水力损失较小,后导叶和出水喇叭管水力损失较大,其中后导叶的水力损失最大。全贯流泵出水喇叭管出口流速大,流态差,水力损失大。全贯流模型泵装置在流量为290 L/s时效率最高为71.43%,扬程为5.07m,全贯流模型泵在流量为290 L/s时效率最高为77.39%,扬程为5.49 m。全贯流泵模型装置消耗的轴功率随流量增加而减少。将泵装置数值模拟结果和试验结果进行对比,全贯流模型泵数值模拟和试验结果吻合度高,说明全贯流泵装置数值模拟结果是准确的。全贯流模型泵装置的前导叶和出水喇叭进行优化,优化结果发现前导叶叶片为流线型时,水力损失小,且叶片断面最大厚度越小,叶轮进口水流流态越好,在考虑了刚性需求情况下,最后选取了断面最大厚度为0.013D的流线型前导叶,前导叶到叶轮距离存在最优值,即为0.077D时,模型泵装置扬程最高。出水喇叭管内的导水锥由椭圆导水锥改为流线型导水锥,导水锥长度改为0.6D,在导水锥上增加尾翼有利于出水部件对水流环量的回收,在进行分析讨论后建议采用3片、高度为0.25D的尾翼,环量回收效果最好,导水锥后面增加扩散段有利于回收环量和动能,增加泵装置扬程和效率。扩散段的扩散角应该控制在8°以内,扩散长度为3.4D,出水断面形状为圆形时,泵装置性能最高。在流量为290L/S时,全贯流模型泵装置扬程为5.44m,此时对应效率为76.68%。全贯流模型泵扬程为5.528m,此时对应效率为77.88%。对原方案和优化方案进行压力脉动计算,分析得出:原方案叶轮进口轮缘轮毂脉动系数相近,中间测点脉动系数大,是轮缘轮毂的10倍。原方案后导叶出口测点脉动强度值大,优化后,后导叶出口的脉动强度值在小流量和大流量工况下有了明显的减小。在三个特征流量工况下优化方案扩散段出口脉动强度值比原方案出水喇叭出口有了明显的减小。原方案和优化方案叶轮进口压力脉动幅值均在4倍转频处,原方案脉动幅值相差较大,优化方案叶轮进口的压力脉动幅值整体相差较小。原方案和优化方案装置出口的压力脉动幅值均为低频,且都在0.5转频处。而且优化方案出口各个测点的压力脉动幅值比原方案小。优化方案脉动情况比原方案好。全贯流泵装置定转子间隙会产生容积损失,降低泵装置的叶轮进口流速均匀度和减小加权平均角,从而降低泵装置扬程和效率,间隙流量会随着总流量的增加而减小。在小流量工况下,全贯流泵装置叶轮进口会出现明显的回流,影响泵装置性能。
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