双吸泵叶轮的制造对水力性能有哪些影响？

       中开式双吸泵叶轮的制造对水力性能有哪些影响？在叶轮的制造过程中，叶轮的出口处都会进行斜切割处理，双吸泵的水力性能和脉动特性与叶轮出口倾斜切割角密切相关。尽管增加叶轮和蜗壳之间的径向间隙可以减少泵的压力脉动，但也会影响泵的流量。因此，在考虑泵的效率和稳定性的前提下，寻找极佳的叶轮出口斜切角对于双吸泵的节能降耗和安全运行具有重要意义。因此，使用CFX软件模拟具有三个不同切割角的双吸式泵，并从外部特性和内部流场等方面分析了不同倾斜切割角对泵整体性能的影响，从而提供了为双吸泵的设计和优化提供一些参考。

一，计算模型

1.几何参数和网格划分

       本文的计算模型为双吸泵，流量Q = 8100m3 / h，扬程H = 48m，叶片数Z = 6，叶片交错布置，转速n = 990rpm。计算域包括一个吸入室，一个叶轮和一个压力水室。使用非结构化的四面体网格划分网格，并在叶片的头部和尾部以及压力室的舌部进行加密。计算域如图1所示。检查网格独立性时，水头的相对误差小于0.5％时，可以认为网格对计算结果没有影响。最后，确定计算中使用的网格总数为340万。

2.边界条件设定

       采用速度入口条件来计算现场入口，出口是给定的出口压力。在二阶迎风方案中都采用了速度项，湍动能和湍流粘度系数。对于近壁区域，湍流模型通过标准壁函数进行了修改，收敛精度为10-5。

3，叶轮斜切结构

       一般来说，不允许叶轮出口沿相反方向切割。如果前盖倾斜，则会降低泵的扬程，流量和效率，并且对提高经过测试的扬程曲线的稳定性没有好处。向前切割时，泵的其他结构参数保持不变，叶轮前盖板的半径保持不变，并且通过从前盖板的出口向后方的方向倾斜切割不同的角度来建立三种方案如图2所示，分别为β= 0°，12°和18°。如图所示，切割前的叶轮直径为D2，切割后的叶轮直径为D“ 2，切割后角度为β。假定将叶轮的外径切成V形的D“ 2。

4.控制方程和湍流模型

       雷诺平均动量方程用于描述泵中不可压缩的流量。选择图片模型作为湍流模型。该模型的主要优点如下：考虑到大规模分离对壁面的影响，它可以有效地处理高应变率和大流线弯曲度的流动，因此在预测三阶流变时可以获得良好的结果。流体机械中的三维非定常流动。

二，计算结果分析

1.不同叶轮出口斜率的泵的外部特性

使用CFX软件对上述三个出口角不同的叶轮进行数值预测，得到泵的外部特性曲线，如图3所示。

可以看出：在相同的切削角度下，泵头随流量的增加而单调减小，而效率先增大后减小，这与常规泵的外部性能基本吻合。当叶轮切割角从0°增大到18°时，泵压头在整个流量区域依次减小，并且没有驼峰；效率先升高后降低，极大效率值出现在12°左右，大流量下极大效率点明显降低。为了进一步说明上述现象，图4显示了在设计条件下叶轮流场中不同切角的湍动能分布。

湍动能是指由流体的机械能转换或消散为流体的内能的部分能量。克湍流动能越大，湍流涡旋就越强烈。从图4可以看出，当切削角为12°时，叶轮出口外缘的湍动能最弱，而当切削角为18°时，叶轮出口处的湍动能相对较大。 。从叶轮出口流到蜗壳的流体产生的较大的湍动能不可避免地会在叶轮的外边缘和舌头之间产生较大的能量冲击，从而在此处造成流动紊乱，进而导致泵效率降低。因此，结合叶轮的外部特性和流场信息，可以认为，当切削角为12°时，泵的液压性能相对较好。

2.不同叶轮出水斜率的水泵压力脉动特性

研究表明，通常通过切割不同倾斜度的叶轮来改变出口与蜗壳舌之间的径向间隙，从而影响整个泵的压力脉动强度。为了进一步探讨其影响，研究了靠近舌头的两个监测点S1（位于叶轮的出口）和P1（位于蜗壳内）。监视点如图5所示。

数据采样时间被计算为接下来的四个旋转周期稳定。双吸泵的轴频率和叶片频率为：

图6和图7分别是在1.0Qo的工作条件下，每个测量点在不同的切线斜角下的压力变化的时域和频域图。可以看出，测量点P1和S1的压力脉动频率分别由双叶片频率和轴频率决定。当切削角继续增大时，测量点P1的主频率处的振幅会缓慢减小，这表明蜗壳中的转子-定子干涉的传递对叶轮出口结构的影响相对不敏感。然而，在此过程中，测量点S1处的轴频脉动幅度连续减小，这表明随着叶轮出口斜切角的增加，舌部附近的湍流特性减小。原因与叶轮出口和蜗壳舌之间的转子-定子相互作用弱有关，这是由于叶片出口处的径向间隙较大所致。详细数据如表1所示。如图8所示，根据在1.0Qo处不同斜切角时Z = 0处的横截面压力分布，随着切角的增加，叶轮出口处的高压区域增大蜗壳内部均匀扩散，压力差逐渐减小，脉动也减弱。

综上所述，当叶轮出口切角为12°时，不仅泵效率提高，而且压力脉动也相对减弱。考虑到泵的效率和脉动特性，认为12°是泵的叶轮出口的最合适角度。

基于以上结论，通过大量双吸泵模型流场的数值模拟，并与实测数据进行比较，得出了极佳的叶轮外径切削比，极佳的叶轮径向游隙比和叶轮出口斜切角β为三个计算出常用的具有特定转速的双吸泵，如表2所示。

可以看出，随着泵的比转速的增加，叶片通道逐渐变宽。此时，需要较大的切削角度（即，舌隙）以减弱转子和转子干扰之间的相互作用。如果满足三个指标中的任何一个，就可以实现叶轮出口结构的改进和优化。尽管斜切割后叶轮出口的头部会略微减小，但合理的切割将带来高效，稳定的水泵运行条件。因此，在实际工程应用中，建议在切割叶轮时采用斜切割的方法，可以在很大程度上提高泵的水力性能和运行的稳定性。

三，结论

1.从CFD流场模拟的角度，比较和分析了在三个叶轮出口倾斜的情况下，特定转速ns = 200的双吸泵的水力性能。发现极高效率发生在切割角为12°的位置，并且认为在该位置处的叶轮内部流场的外边缘中的湍动能的损失相对较小。

2.泵舌附近的压力脉动随着切削角的增加而减小，这被认为与切削叶轮出口和弱定子/定子引起的叶轮和蜗壳舌之间的间隙增加有关。 两者之间的相互作用。 考虑到效率和脉动特性，认为12°是泵叶轮出口的最合适角度。

3.基于大量的数值模拟和实测结果，给出了三种常用的比速双吸泵的极佳叶轮切割角度，并建议采用斜切割的方法在工程应用中切割叶轮。