梯形断面蜗壳式离心泵作透平叶轮的设计与试验

来源：机械工程学报杂志2018年第10期北京时间：

作者：王桃, 孔繁余, 杨孙圣, 陈凯, 刘莹莹

单位：1. 西华大学流体及动力机械教育部重点实验室 成都 610039;2. 江苏大学流体机械工程技术研究中心 镇江 212013

摘要：为提高非圆形断面蜗壳式离心泵作透平的效率，以一比转速为193的梯形断面螺旋形蜗壳式离心泵为原型，设计了适应此类泵作透平运行的透平专用叶轮。根据原型泵梯形断面蜗壳几何参数，依据面积相等的原则，推导梯形断面几何参数与当量圆断面半径的换算关系式；依据等速度矩定律确定叶轮进口速度矩，推导出叶片进口安放角与设计流量的关系表达式；对于叶片进口较宽的情况，在轴面投影图中划分三条流线，分别计算三条流线与叶片出口边交点处的出口安放角；基于ANSYS BladeGen与NX软件建立新叶轮的三维模型，制作试验叶轮，开展外特性试验，并进行数值模拟分析。结果表明：新叶轮将透平最高效率由71.9%提高到了77.3%，较原型叶轮透平最高效率提高了7.5%，且新叶轮在75～130 m3/h的流量区间均能高于72%的效率运行，效率曲线较平坦，高效区运行范围宽。数值计算结果分析表明新叶轮进口能较好地适应螺旋形蜗壳的出流；从叶片进口到叶片出口，液体压能得以较均匀地转换，叶轮内的水力损失较原型泵叶轮内部显著减小。透平试验高效点与给定的设计流量一致，验证了该文提出的透平叶轮设计理论和方法是合理可行的。

关键词：泵,泵作透平,数值模拟,梯形断面蜗壳,叶轮,叶片安放角；

基金资助：国家自然科学基金（51379179，11602097）、江苏省普通高校研究生科研创新计划（CXZZ13-0678）、四川省教育厅重大培育项目（18CZ0016）和流体及动力机械教育部重点实室开放基金（szjj2015-029）资助项目。