1、國內(nèi)水力模型的
自吸泵的水力模型設(shè)計方法基本上參考了普通自吸泵,因此相關(guān)技術(shù)進展與普通自吸泵基本保持一致。在自吸泵內(nèi)部流動狀態(tài)還沒有被人們認識和掌握之前,完整準(zhǔn)確的設(shè)計理論還沒形成,而自吸泵技術(shù)長期作為一門半理論半經(jīng)驗的技術(shù),一次成功的水力模型設(shè)計往往要經(jīng)過反復(fù)修改和試驗才能完成。技術(shù)人員在設(shè)計新產(chǎn)品時,大多只能尋找比轉(zhuǎn)速相等或相近的水力模型進行相似換算,因此水力模型在新產(chǎn)品設(shè)計工作中就顯得非常重要。
20世紀70年代和80年代,沈陽水泵研究所、中國農(nóng)業(yè)機械研究院、博山水泵廠、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)等單位在自吸泵水力模型方面開展了很多工作,積累了許多的水力模型。并且由沈陽水泵研究所負責(zé)組織并陸續(xù)出版了兩期“自吸泵水力模型匯編”為國內(nèi)各企業(yè)的自吸泵水力模型設(shè)計提供了豐富的模型庫。
2、傳統(tǒng)水力設(shè)計方法
2.1、相似換算法
相似換算法是建立在相似理論基礎(chǔ)上的一種方法,通過在一臺模型泵的基礎(chǔ)上對相似模型泵的尺寸進行放大或縮小來所要設(shè)計的泵尺寸。對相似的泵來說,比轉(zhuǎn)速相等。在相似工況下,假設(shè)實型泵和模型泵的效率相等,已知一臺泵的幾何形狀和性能參數(shù),利用相似定律,按照比例放大或縮小為另一臺幾何相似的泵,并換算出相應(yīng)的性能曲線。這種設(shè)計方法要求要有一個水力模型庫。
2.2、速度系數(shù)法
速度系數(shù)法是以速度系數(shù)圖來進行設(shè)計的。實質(zhì)上,它仍然是基于相似理論基礎(chǔ)的一種相似換算法,它同樣要求有好的泵模型,設(shè)計時按n選取速度系數(shù),并作為水力尺寸的依據(jù)。它們的各項系數(shù)都是在比轉(zhuǎn)速大于或等于30r/min的情況下取得的,也就限制了它們用于較低比速和超低比速自吸泵的設(shè)計。目前已有不少人對這種圖進行了改進,并用此方法進行泵的設(shè)計和優(yōu)化。
2.3、面積比原理設(shè)計法
面積比設(shè)計法是根據(jù)Anderson的面積比原理進行設(shè)計的,即用面積比繪制揚程系數(shù)和流量系數(shù)的形式來修正標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計數(shù)據(jù)。其目的是根據(jù)不同的設(shè)計要求尋找佳的葉輪和泵體匹配;其依據(jù)是不同的葉輪和泵體匹配將產(chǎn)生不同的泵性能;其實質(zhì)是將葉輪和泵體作為一個整體來系統(tǒng)考慮;其方法是綜合考慮設(shè)計參數(shù)、經(jīng)濟性、工藝性和性等的優(yōu)化設(shè)計。
2.4、加大流量設(shè)計法
加大流量設(shè)計法依據(jù)低比速泵在小流量范圍內(nèi)運行時,效率隨流量的增加而提高,并將給定流量和比轉(zhuǎn)速放大作為設(shè)計參數(shù)來設(shè)計一臺較大的泵在小流量處作小泵使用。這樣的泵不僅在設(shè)計點處效率有較大提高,而且在整個使用范圍內(nèi)平均效率均有程度的提高。
2.5、短葉片偏置法
短葉片偏置設(shè)計的目的是為了自吸泵葉輪和泵體內(nèi)的速度與壓力分布,以提高泵的性能。其依據(jù)是葉輪內(nèi)速度和壓力分布隨葉輪流道形狀和葉片形狀而變化;其方法是綜合考慮設(shè)計工況和流道幾何形狀及其工藝性的優(yōu)化設(shè)計;其主要措施是在兩相鄰長葉片中間設(shè)置超短葉片,并向長葉片背面偏置;其不良后果是可能帶來鑄造工藝的困難。
3、水力設(shè)計進展
目前基于經(jīng)驗數(shù)據(jù)和設(shè)計理論的一元設(shè)計理論已經(jīng)相當(dāng)成熟,一元設(shè)計理論也是當(dāng)前普遍采用的設(shè)計理論,而人們在設(shè)計過程中也已經(jīng)積累了很多的水力模型。因此對于普通化工泵產(chǎn)品,設(shè)計者已經(jīng)能夠設(shè)計出一些水力性能比較的模型,并能較好的滿足用戶的使用要求。
自吸泵內(nèi)部流動是一個全三維的復(fù)雜流動,普通設(shè)計人員對于內(nèi)部流動特性的了解比較有限,而對于一些用途的自吸泵,采用一元設(shè)計理論設(shè)計的水力模型并不能滿足要求。因此,優(yōu)化設(shè)計也隨之出現(xiàn)。開始階段,它是在基于經(jīng)驗的一元設(shè)計基礎(chǔ)上,采用優(yōu)化設(shè)計理論,以某些參數(shù)為目標(biāo)對水力模型和結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化來獲得較好的水力性能,在優(yōu)化設(shè)計過程中相應(yīng)出現(xiàn)了性能預(yù)測和流動分析問題。對于水力旋轉(zhuǎn)機械的流動分析和性能預(yù)測,目前已經(jīng)開始大量應(yīng)用計算流體動力學(xué)(CFD)技術(shù)進行全流場的三維數(shù)值模擬,基于流場模擬預(yù)測性能,改進不利于性能提高的流動結(jié)構(gòu),葉片負荷,提率。通過的發(fā)展,這類方法能夠較好的用于自吸泵的工程設(shè)計和優(yōu)化。
基于內(nèi)流場三維流動模擬的自吸泵優(yōu)化設(shè)計將是一個重要手段,正在成為自吸泵設(shè)計過程中的關(guān)鍵步驟。其與反問題設(shè)計技術(shù)相互配,并且與CAD技術(shù)、CAM技術(shù)、人工智能技術(shù)等結(jié)合,能夠?qū)崿F(xiàn)水力模型的、智能化設(shè)計和制造。
基于應(yīng)用需求和發(fā)展自吸泵技術(shù)的需要,并且依賴于計算機、計算流體力學(xué)以及計算機輔助設(shè)計等的技術(shù)發(fā)展,人們已經(jīng)在一元設(shè)計方法的改進、優(yōu)化設(shè)計和內(nèi)部流動數(shù)值模擬等方面開展了諸多工作,其中包括較為的CAD/CAF交互設(shè)計技術(shù),使得自吸泵的設(shè)計逐步從一元流設(shè)計向三元流設(shè)計方向發(fā)展。這些工作了自吸泵設(shè)計理論的發(fā)展,使得包括自吸泵在內(nèi)的許多自吸泵的水力性能了明顯提高。