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·26·，I．番柱采2011年第6期

超厚叶片离心泵叶轮与蜗壳之间性能匹配的研究

陈斌1,2施卫东张华·蒋婷t张磊

(1一江苏大学流体工程研究中心，镇江，212013；2一南京市水泵工程技术研究中心，211500)

摘要：在研究低比转速无过载潜水排污泵中，针对一个直径385mln的3叶片叶轮，分别设计了D3=390mm、435
mm、460ram3种蜗壳，通过对3种不同基圆直径蜗壳内部三维非定常流动的数值计算，得到监测点的压力脉动。算
表明，D3值的不同，是影响蜗壳内部压力脉动的重要因素，由此造成的脉动幅值相差3倍。本研究结果为解决低比转
速无过载潜水排污泵的振动和噪声，提供了理论依据。

关键词：潜水排污泵无过载特性设计超厚叶片叶轮与蜗壳间的性能匹配研究

在大型工程建设中，经常出现水位变幅很大因此二者之间的匹配好坏决定了泵性能的好坏。
和远距离排污的需求，而解决此类问题，最好的其主要表现在泵的外特性性能曲线及水力诱导噪
方案就是使用低比转速无过载潜水排污泵。声等方面。而水力诱导噪声问题的研究又归结为
蓝深集团和江苏大学联合承担的国家863计对流场内部压力脉动的研究，压力脉动情况从侧
划“高扬程无过载潜水排污泵”课题，针对低比面反映了泵内部的流动稳定情况，直接影响泵的
转速、排污、无过载特性三大特点进行了深入研外特性性能[6咧。因此超厚叶片型式叶轮与蜗壳之
究，即在低比转速情况下，寻求能达到最大过流间的匹配问题有着重大的研究意义。
能力的同时，满足外特性曲线中流量一功率曲线连本文将通过研究不同基圆大小蜗壳内部的压力
续下降的要求。为此，在保证相同叶轮通过能力脉动情况来分析两者之间的匹配问题。
的情况下，蓝深集团与江苏大学联合开发了常规
厚度、中等厚度、超厚叶片3种型式叶轮，在不1数值计算模型与方法
改变泵体及其它试验条件的基础上进行了样机试
验，结果发现超厚叶片型式的叶轮由于叶片厚度为进一步研究蜗壳与叶轮的匹配，在只改变蜗
堵塞了一部分流道，能够有效地控制随着扬程变壳基圆半径D(分别为390mm、435mm、
化、流量增加导致泵的功率持续增加的现象，取460mm)而不改变蜗壳各个断面几何参数的情况
得很好的无过载性能Ⅱ．卅。下，通过对3种不同基圆半径蜗壳(见图1)内部
泵的性能由叶轮与蜗壳共同决定，而长期以三维非定常的数值计算，得到叶轮出口及蜗壳内部
来研究重点却集中于叶轮，对蜗壳及叶轮间相互监测点的压力脉动情况，为分析其对水力诱导噪声
匹配关系的研究相对较少，动静部件匹配性不好，及泵外特性性能的影响提供了一定的理论依据。计
各项指标都会大幅度下降嘲。超厚叶片型式叶轮算模型的工况点参数：流量q=150m3／h，扬程日=
由于在极端加厚叶片的情况下，出水断面面积与表1叶轮具体参数

进水断面面积之比很小，甚至小于1的情况下，叶轮类型通道式
叶轮出口圆周上只有部分面积上有水流从叶轮内
叶轮外径(mm)385
流出，流动分布不均匀，必然会恶化蜗壳内的流叶片数z(片)3
动，同时由于蜗壳形状的三维非轴对称性，并且叶片出口宽度6：(n)40
叶轮和蜗壳分别属于动静部件，二者之间的相互叶片包角妒o)225
叶片出口角)14
干涉作用使得整个泵内的流动情况变得更加复杂，
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(1)D3=390nllll(2)Dr=435inln(3)03-=460nlln

图1各方案计算区域

48m，转速n=1470drain，比转速n。=60，额定功a∞

O
率P=45kW，通过最大固体物直径30mm。叶轮的
d∞
具体参数见表1。
在三维定常湍流计算结果收敛的基础上进行nIO
n∞
非定常数值计算，叶轮每转动3o，得到一个时间
步长上的湍流收敛解。所有时刻的收敛解构成了
非定常解，即整个流道的压力和速度随时间变化
的过程，计算出流场的压力脉动。时间步长的计Hz)
算由转速决定，当转速为1470dmin时，At=方案1

0．000340136s，120步叶轮可旋转一周。n”
压力脉动监测位置见图2所示。O∞

a∞

2计算结果及分析a∞

O∞

Om‘∞∞O1：∞oo
Hz)
方案2

O3OO‘OO’OOI2∞15~a
Hz)
方案3
图2蜗壳压力监测点位置示意图图4各方案监测点压力脉动频域图
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