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基于數值模擬的離心式渣漿泵的葉輪設計研究

　　1 葉輪的水力尺寸設計

　　葉輪是渣漿泵的重要組成元件，在泵的運轉過程中起著關鍵作用。葉輪結構包括葉片和蓋板，本設計的葉輪是由一組扭曲葉片和兩個個蓋板以及背葉片構成。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系。葉輪水力設計的好壞，對于泵的揚程、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：葉輪進口直徑D0=130mm、葉片進口直徑D1=100mm、葉輪出口直徑D2=390mm、葉片進口寬度b1=30mm、葉片進口角β1=25 o、葉輪出口寬度b2=22mm、葉片出口角β2=20o、葉片數z=50、葉片包角φ=144o等。

　　2 葉輪的建模及數值計算

　　已有較多的國內外學者利用數值模擬的方法對渣漿泵進行分析優化，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，可直接根據設計的尺寸繪制草圖并進行凸臺拉伸，拉伸的厚度根據之前的計算結果確定;

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

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

　　(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線，選取步驟四中三個截面為約束，進行放樣拉伸，再進行陣列，形成一組扭曲的葉片;

　　(6)背葉片根據設計尺寸進行簡單的拉伸，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行模擬分析，主要依靠組合刪減的命令，

　　通過CFX數值揚程可知，選用清水作為介質時渣漿泵的揚程約可以達到43m，進出口的能量差為14620w。

　　對于流域速度分布分析可知，流體在葉輪內的速度分布呈現一定的規律性，從葉片進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，因為流體流入蝸殼后，動能轉化為流體的壓能，速度逐漸減小，隔舌處出現低速區。從整體上來看，整個流道的速度分布和理論分析相符。

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(責任編輯：壓濾機專用入料泵http://jokerstation.com)