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基于數(shù)值模擬的離心式渣漿泵的葉輪設(shè)計(jì)研究

　　1 葉輪的水力尺寸設(shè)計(jì)

　　葉輪是渣漿泵的重要組成元件，在泵的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中起著關(guān)鍵作用。葉輪結(jié)構(gòu)包括葉片和蓋板，本設(shè)計(jì)的葉輪是由一組扭曲葉片和兩個(gè)個(gè)蓋板以及背葉片構(gòu)成。水泵葉輪上的葉片又起主要作用，水泵葉輪的形狀和尺寸與水泵性能有密切關(guān)系。葉輪水力設(shè)計(jì)的好壞，對于泵的揚(yáng)程、流量、效率和特性曲線的幾何形狀等都有一定的影響。葉輪造型曲線的光滑性越好，泵的水力性能和可靠性也越好。因此，在葉輪造型過程中要著重考慮葉片的光順度。

　　渣漿泵的葉輪的主要幾何尺寸有：葉輪進(jìn)口直徑D0=130mm、葉片進(jìn)口直徑D1=100mm、葉輪出口直徑D2=390mm、葉片進(jìn)口寬度b1=30mm、葉片進(jìn)口角β1=25 o、葉輪出口寬度b2=22mm、葉片出口角β2=20o、葉片數(shù)z=50、葉片包角φ=144o等。

　　2 葉輪的建模及數(shù)值計(jì)算

　　已有較多的國內(nèi)外學(xué)者利用數(shù)值模擬的方法對渣漿泵進(jìn)行分析優(yōu)化，本文中葉輪建模的主要步驟如下：

　　(1)由于葉輪前后蓋板形狀較為簡單，可直接根據(jù)設(shè)計(jì)的尺寸繪制草圖并進(jìn)行凸臺(tái)拉伸，拉伸的厚度根據(jù)之前的計(jì)算結(jié)果確定;

　　(2)在葉輪進(jìn)口處進(jìn)行圓角處理，可有效減少水流阻力，圓角半徑由計(jì)算得出;

　　(3)根據(jù)葉輪計(jì)算部分確定的型線，繪制在平面草圖上后，可根據(jù)不同的角度對應(yīng)不同的半徑，使用軟件中的樣條曲線繪制，并利用投影曲線進(jìn)行反轉(zhuǎn)投影，形成葉片工作面和前蓋板交線附著在上蓋板內(nèi)表面上，同理，葉片工作面和后蓋板交線附著在后蓋板內(nèi)表面上;

　　(4)在兩條曲線之間的入口處，中間段，出口處繪制葉片截面，截面形狀為矩形，葉片厚度采取中間厚，進(jìn)出口偏薄的原則;

　　(5)利用放樣命令，以前后蓋板上的曲線為引導(dǎo)線，選取步驟四中三個(gè)截面為約束，進(jìn)行放樣拉伸，再進(jìn)行陣列，形成一組扭曲的葉片;

　　(6)背葉片根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行簡單的拉伸，切除，陣列等。注意，前后蓋板各需要一組。其次，按照要求對各部位倒圓角。

　　width=146,height=173,dpi=110

　　(a)軸測

　　width=178,height=173,dpi=110

　　(b)正面

　　width=259,height=116,dpi=110

　　(c)剖面

　　葉輪建模完成后，需要提取液體流域進(jìn)行模擬分析，主要依靠組合刪減的命令，

　　通過CFX數(shù)值揚(yáng)程可知，選用清水作為介質(zhì)時(shí)渣漿泵的揚(yáng)程約可以達(dá)到43m，進(jìn)出口的能量差為14620w。

　　對于流域速度分布分析可知，流體在葉輪內(nèi)的速度分布呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，從葉片進(jìn)口至葉片出口速度逐步增加，從圖4和圖5中可以看出，葉片的工作面上的速度明顯比葉片背面的速度大。蝸殼中的速度不大，因?yàn)榱黧w流入蝸殼后，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為流體的壓能，速度逐漸減小，隔舌處出現(xiàn)低速區(qū)。從整體上來看，整個(gè)流道的速度分布和理論分析相符。

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