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潜水式贯流泵是一种大流量、低扬程的经济型泵,广泛应用于市政工程、城市防洪工程、大江大河排涝工程、大型引调水工程等。近些年来,我国大约2/3的城市存在着不同类型和不同危害程度的洪水灾害,城市防涝工程钟声长鸣。根据市政防洪工程需要建设一批大流量、结构尺寸小、安装方便的潜水式贯流泵。
对潜水式贯流泵的研究主要分为两个方面:一是对其水力模型的研究,长期以来,我国水泵制造厂家一般不从事水力模型设计,水力模型大多数来自高校和科研院所,在比转速为ns=1000左右时取得了一定的成果且有较好的水力模型,但对更高比转速的模型泵仍没有较好的水力模型及相应的理论基础,所以需要我们对其进行深入的研究;二是对其试验装置的研究,贯流泵装置比较成熟的有灯泡式贯流泵、中间竖井式贯流泵和水平轴伸式贯流泵等,由于上述装置的结构庞大且复杂,拆装维修不便,故需要对装置结构紧凑,轴向尺寸小,电机功率高,适合大流量大功率市政防洪排涝的潜水式贯流泵试验装置进行深入研究。
本文的主要工作和研究成果如下:
1.本文根据市政防洪排涝对贯流泵要求,设计出了流量Q=1200m3/h,扬程H=2.5m,电机转速n=1450r/min,比转速为ns=1532高比转数潜水式贯流泵水力模型及试验装置模型。
2.在研究大流量低扬程高比转速潜水式贯流泵水利模型时,通过总结和归纳传统高比转数叶轮水力设计方法,并结合潜水式贯流泵本身特性,我们采用了线性修正环量分布法设计潜水式贯流泵叶轮。
3.采用数值模拟软件对潜水式贯流泵进行数值模拟,分析得到了其内部流动情况及内部非稳定运动规律,并分析了其内部压力脉动产生机理,进而为潜水式贯流泵内部非稳定运动的控制提供了依据,并对三种不同导叶结构的潜水式贯流泵进行了比较,发现无导叶潜水式贯流泵具有较高的效率点。
4.对潜水式贯流泵试验装置的研究时,结合了灯泡式贯流泵装置效率高的优点并根据潜水式贯流泵市政工程建设的要求,我们设计出了结构紧凑,轴向尺寸小的潜水式贯流泵模型试验装置,由于闭式试验装置的成本高,我们又采用了一种简易的潜水式贯流泵开式试验装置,该具有试验装置结构简单,装置效率高等优点,并与国家重点试验室江苏大学试验室进行比较,试验结果误差不超过3%。
5.对潜水贯流泵模型进出口流道进行优化设计时,通过试验和CFD数值模拟,结果发现在叶轮进口前段的能量损失很小,在出口段能量损失较大,其中在导叶部分的能量损失最大,故通过改进导叶结构,对收集动能损失具有重要作用,发现增加一小段扩散喇叭管的模型装置比原模型装置具有较好的性能曲线,在设计工况下,比原模型提高了2.6个百分点;而将导叶后置至电机部位的模型装置具有更高的效率点,在设计工况下的效率为83.4%,比原模型装置提高了12.4个百分点。