离心泵压水室形式对微型电泵性能影响

微型电泵是指输入功率小于1.1kW的泵。它具有流量小、扬程高、重量轻、结构简略、通用性强、运用方便等特点，广基金项目：十一五“国家科技支撑项目（2008BAF34B15）；江苏省科技服务业方案项目（BM2008375）。

　　泛应用于农业、石油、化工等领域。微型电泵大多属于低比转数离心泵。因为叶片出口宽度较小，叶轮外径较大，轴面流道细长，导致圆盘丢失和水力丢失较大，因此泵的功率很低。

　　压水室是泵的首要过流部件之一，其形式首要有螺旋形压水室、环形压水室以及空间导叶。一般来说，螺旋形压水室契合流体出流的流动规则，流动状态较抱负，水泵能够取得较好的水力功能，大多数离心泵选用螺旋形压水室。环形压水室首要用于渣浆泵，因为这种结构隔舌的空隙很大，不易形成杂质的阻塞，并且工艺方便；多级泵的末级导叶也多选用环形压水室，因为这样结构对称，便于安置穿杠，且使热变形均匀。

　　微型电泵大部分都是运用螺旋形压水室，但因为蜗壳的断面尺度较小，流道不能机械加工，形成其形状尺度、表面光洁度等直接靠铸造来确保，并且铸造难度高，流道表面的粗糙度较大，导致泵体中的水力丢失很大。关于微型电泵而言，泵体内的水力丢失仅次于叶轮圆盘冲突丢失，对泵的功能具有无足轻重的影响。现在许多学者在这方面展开了一系列的研讨。刘在伦等1对蜗壳形状在高速部分流泵功能的影响进行了研讨，指出选用矩形螺旋蜗壳能够进步关死点扬程，且一起进步泵的功率。郭鹏程等研讨了不同断面形式的蜗壳对离心泵功能的影响，发现矩形和圆形螺旋蜗壳在大流量工况下功率比马蹄形蜗壳稍高，而在规划工况点，比马蹄形稍低一些。曾说到比转速低于40时，因为环形压水室便于机械加工和打磨，泵功率可能高于不做加工处理的螺旋形压水室。

　　本文以此为思想，在螺旋形压水室的基础上，依据环形压水室的规划理论以及机械加工的难易程度，规划了矩形断面的3种环形压水室，并将这4种压水室与同一叶轮组合进行三维定常数值模仿，经过与传统螺旋形压水室的微型电泵功能猜测的比较以及内部流动的剖析，为微型电泵功能优化提供了理1规划思路本文选取浙江某企业出产的XCm158型离心泵为研讨对象进行数值模仿核算。相关参数为：叶轮的进口直径A= 38.5mm，出口直径D2=162mm，叶片数z=6，叶片出口宽度2=2.2mm，叶片出口安放角择=26°蜗壳的基圆直径A= 164mm，第8断面面积Ai= 102.5mm2，蜗室的进口宽度63= 10.5mm；泵的额定流量CL=4m3/h，额定扬程Hi=速n =29.将其定义为1号泵。

　　XCm158微型电泵运用的是螺旋形压水室，在此基础上将其改为矩形断面的环形压水室，并确保两者第8断面面积持平。别的在此环形压水室的基础上，再进行改善，首要遵从以下几个原则：①基圆直径不变；②压水室的进口宽度不变；③分散段出口直径及相对位置不变。

　　依据以上原则及环形压水室的规划理论，可得环形压水室的第8断面的面积102.5mm2.分散段部分，出口尺度选用规范公称直径24mm，定义其为2号泵，该环形压水室第8断面的轴面高度为9.7mm，在此模型基础上添加环形压水室断面的轴面高度，分别添加5、10mm作为对比模型3号和4号泵。压水室首要几许尺度如表1所示。

　　模类型基圆直径A3/mm第8断面高度8/mm进口宽度第8断面面积1号泵2号泵3号泵4号泵表1压水室的首要几许参数Tab. 2模型树立及算法2.1模型的树立经过PRO/E进行实体建模，然后导入ICEM对模型进行网格划分。建模时，为了防止进口旋涡区对流场及流量的影Pfi，在叶轮进口段加一进口管，其长度为进口直径的3倍；考虑到出口边界条件对蜗壳出口流场以及收敛性的影响，在蜗壳出口段加一出口管，其长度为出口直径的5倍。进出口管选用结构化六面体网格；而叶轮和蜗壳流道形状杂乱，选用非结构四面体自适应贴体网格。

　　2.2数值核算方法数值模仿核算运用ANSYSCFX12.0求解雷诺时均方程，其间的雷诺应力项选用规范e湍流方程模型求解并封闭方程组。在ANSYSCFX12.0中，选用有限体积法对方程组进行离散，离散过程中的对流项选用高分辨率格、规划点工况和大流量工况（1.4倍的工况）剖析两种泵在不同工况下的静压云图。

　　将两种泵的静压进行对比，由可知：在0.6（工况下，1号泵和3号泵出口静压根本相同，3号泵的环形压水室与叶轮内的静压变化较均匀，而1号泵的螺旋形压水室在接近隔舌处压力梯度较大，一起叶轮在接近隔舌叶片压力面出口处有显着的高压区，这是因为1号泵在小流量下流动不均匀，速度矢量方向混乱，发生回流形成的。在1.0Qi工况下，环形压水室内的静压散布呈现先增大后减小再增大，原因可能为环形结构的压水室隔舌和叶轮间的空隙过大，不可防止的会呈现一不同工况点下两种泵的静压云图些回流现象，在隔舌处部分流体重新进入压水室。但正是因为回流起分流效果，使压水室出口断面的流速大大降低，完成泵出口动能向压能的转换，这一成果和螺旋形压水室是不同的。

　　在1.4（3，工况下，两者的出口静压有显着差异，环形压水室的出口静压显着高于螺旋形压水室。原因可能是在流量越大时，压水室的沿程冲突丢失占的比重越大，环形压水室内壁润滑的优势越杰出。别的，两个泵出口静压的差异与扬程曲线的差异具有致性。

　　综合可知螺旋形压水室的压力及速度仅在泵的最高功率点均匀散布，在泵偏工况运转时，压力和速度散布都不均匀。

　　而环形压水室怡好相反，泵的压力及速度散布在关死点时散布均匀，旦发生流量，这种平衡被损坏。在最高功率点环形压水室水力丢失大于螺旋形压水室。而在微型电泵中，因为环形压水室流道表面可机械加工，能够取得更好的水力功能，超过了环形压水室带来的不稳定压力散布对泵的功能的影响。

　　4径向力剖析泵在运转时会受到流体沿叶轮径向的径向力，而径向力会使泵轴受到交变应力的效果发生定向挠度，其大小直接影响泵轴作业的稳定性；别的，径向力的效果会使轴封空隙变得不均匀，而轴封空隙过大是导致某些泵泄露的首要原因。因此在规划泵时需要对径向力作恰当的考虑。为数值模仿猜测的1号泵和3号泵的径向力。

　　两种泵的径向力散布由能够看出1号泵的径向力跟着流量的添加先减小然后增大，在规划工况点附近到达最小值，但并不为0，其原因是因为泵体的非对称结构导致泵叶轮各流道内的流量、流速及叶轮出口压力散布呈现非对称性；而3号泵其径向力在小流量时最小，跟着流量的添加而添加。这两种压水室的径向力散布规则与相符。

　　别的，从小流量到泵的额定流量附近，3号泵的径向力小于1号泵；在大流量区域，3号泵的径向力略大于1号泵。这样，相较于1号泵，选用环形压水室的3号泵可在全流量范围内安全稳定地运转。

　　5试验验证将1号泵与3号泵按回转动力泵水力性（下转第88页）离心泵叶轮内部湍流动能及耗散率剖析叶道星王洋将与相比较，能够看出湍流耗散率与湍流动能散布有十分相似的规则：在不同工况下，湍流耗散率跟着半径的添加先添加，到达一个极大值后开端减小，接着在在一个极小值后又开端一直添加直到叶轮出口（除。6（工况下），在只= 60mm的区域里湍流耗散率到达最大值；规划工况下，湍流耗散率全体上是最小，除只=55mm到只=65mm区域外，湍流耗散率都在400m2/s3以下；。6Qd工况下，呈现了与其他工况下截然相反的湍流耗散率散布，中心小两端大，而其他工况时中心大两端小的散布，一起能够看出在只=65mm到只= 85mm区间，湍流耗散率增长非常迅速，原因可能是在小流量工况下，这个区域中，叶轮流道内发生了轴向漩涡，形成湍流耗散率的急剧添加；。工况下，虽然湍流耗散率高于规划工况下，但是能够看出仍是远远低于0.6（工况；全体上，规划工况下，湍流耗散率最小，大流量下，湍流耗散能量率略高于规划工况，小流量下，湍流耗散率最大。

　　4结语本文选用e双方程湍流模型，进行了试验验证，剖析了由数值核算与试验所测得XST规范离心泵扬程、功率、轴功率等数据之间存在差异的原因，验证数值核算的可靠性。）湍流动能和湍流耗散率沿半径的散布有十分相似的规则，即湍流动能大的区域湍流耗散率也大，反之亦然。）除0.6小流量工况，湍流动能和湍流耗散率散布沿半径体现为先添加，随后减小，最终添加这种现象。

　　6Qd小流量工况下，湍流动能和湍流耗散率最大，流体能量丢失最为严峻，从功率方面考虑，