摘要：本文将从当前疏水泵的概况出发，对疏水泵叶轮设计方案的优化进行分析与探究，希望为相关人员提供一些帮助和建议，更好地满足疏水泵使用需要。
关键词：疏水泵；设计方案；叶轮
引言：某疏水泵主要功能是把凝结水向给水加热系统排放，汽轮机设置了汽水分离器，汽水分离器中还设置了壳体疏水箱，能够收到分离器的疏水。处于正常运行状态时，疏水泵能够把凝结水向除氧器水箱输送。近些年，该疏水泵进行性能试验是出现未达标现象。因此，研究疏水泵叶轮设计方案优化具有一定现实意义。
一、当前疏水泵的概况
所谓疏水泵，指的是把一级加热器疏水输送到本级加热器给水管的一种泵。疏水泵具有多种优点。首先，疏水泵性能卓越，其机体设计十分合理，电机装置强力，噪音小，工作效率高，水路部分经过了特殊处理，不会轻易锈蚀，具有较强耐磨性。其次，疏水泵实用性与经济性强，价格合理，其节能设计能够给使用者带来更好的使用体验。最后，疏水泵操作便捷，组装与设置较为简单，由于其使用全新工艺设计方法，具备自吸功能，方便使用人员进行保养和维修。目前，疏水泵广泛应用到电站、城市供水、农业水利、化工、轻工业等多个领域，并获得良好工作效果，如图1所示。
图1 疏水泵
二、疏水泵叶轮设计方案的优化
某疏水泵的扬程是60米，流量是每小时450立方米，进口压力为1.07兆帕，转速为每分钟990r，最小流量为每小时120立方米，必需汽蚀的余量是2.82m。现对该叶轮进行如下优化。
（一）叶轮优化
将叶轮设计成两级单吸式，借助速度系数法，用设计软件展开计算，叶轮共6片，厚度为7毫米，出口的宽度是36毫米，外径为476毫米，包角为135度。以入口的角度看，叶轮为逆时针旋转，流量是每小时450立方米，转速为每分钟990r，单级扬程是30米，最小流量为每小时120立方米，通过计算得出，其理论效率是百分之七十，比转速为98，必需汽蚀的余量是2.35米。为了优化叶轮，需要对水泵的结构进行修改，把原有的蜗壳式泵体更换成中段式泵体，设置次级导叶、首级导叶、次级叶轮与首级叶轮[1]。
在上述优化中，中段、径向导叶及两级叶轮共同构成水力部件。叶轮对原动机来讲是核心部件，能够使机械能向介质动能转化。中段、导叶是过流部件，可以把从叶轮流出的介质向出口或者次级叶轮均匀地导入，并将损失降到最小。通过优化两级叶轮，解决了因单级叶轮的直径大而增加轴向力、径向力的问题，让介质的流速均匀性得到保证，使其产生的径向力减少并缓解汽蚀问题。同时，此疏水泵有较高的汽蚀要求，需要展开特殊的叶轮设计。首先，应扩大叶轮的进口直径，从φ220增至φ250，让进口部位的介质扩散程度降低。扩大叶片的进口宽度，从57增至93，使进口的过流面积加大。其次，应扩大前盖板曲率半径，把R30增至R45，再将R426调整为R353，适当改进速度分布，增强均匀性，并使圆周速度降低。扩大叶片进口部分正冲角，从4度增至6度，叶片的进口边主要使用后掠式，然后设计为扭曲的形状，缓解受到的冲击。再次，应以符合强度为前提，最大限度地让叶片变薄，制作为流线型。将原来的平衡孔设计移除，防止主流受到泄流所影响。最后，适当减小叶轮出口到入口的过流面积，防止出现旋涡现象。对叶轮的铸造模型进行精细化加工与全金属制作，确保流道的光滑性及铸件精度。
（二）仿真模拟
借助仿真软件为叶轮制作三维模型。通过进行网格的划分，对需要计算的区域进行离散化处理，使用多个离散点来替换连续性空间，再把需要计算的区域划分为不同子区域，利用区域节点形成一个网格，然后离散控制方程，最后获得网格图、三维造型。将模型导出，把动静交界面添加到叶轮上，针对叶轮优化后的水力模型展开数值模拟，获得盖板、叶片二者的压力分布图。
通过模拟可得，叶轮的出口压力高、进口压力低。在高速地旋转时，受离心力的作用，两个叶片中的介质能够得到能量，并从叶轮的中心扩散到叶轮的外缘。同时，其压力的分布情况合理，流体的压力分布十分均匀。顺着介质流向，压力表现出平稳增加的趋势，最高压力值在叶轮的出口部位，满足流体机械基本的运行规律。受叶轮的离心力作用，介质处于高速的旋转状态中，流速由叶轮的进口至出口越来越大，最大值在叶轮的出口部位，表明叶轮的过渡相对均匀、流道较为光滑。叶轮进口周围不存在低压区，反映出叶轮的前缘没有介质回流，并且压力在叶轮的进口部位均匀分布，能够断定气蚀现象未出现[2]。
（三）实测分析
通过仿真分析的最终结果和详细分析，能够整体断定该优化方案具有可行性，根据这一优化方案展开设计、投入生产。首先，质检科对疏水泵的装配和生产进行把关，生产经验多的工作人员负责加工主要零件，使尺寸得到严格的控制，增加精度。同时，对于转子的动静平衡级数需从6级提升为2级。在装配时，必须严格根据装配的工艺技术来进行，确保装配的间隙合理。
其次，组装完疏水泵以后，需要放到试验台上实测，测试后的结果接近于模拟结果。连续运行一天以后，疏水泵每个指标都处于正常的范围中，测试中把流量设置为每小时120立方米的最小流量后，仍然可以平稳的运行。扬程与流量处于正常的范围中，噪声、振动没有超出标准值。将疏水泵拆解后对转子部件展开检查，未观察到划痕与磨痕，在叶轮上未找出点蚀，说明叶轮未出现气蚀现象。
最后，将疏水泵性能制作为曲线。横坐标是流量，伴随流量不断增加，扬程曲线稳定下降，每小时0立方米时，最大扬程是77米，每小时450立方米时，最大扬程是60米。效率的曲线表现为一个抛物线。汽蚀余量的曲线表现出稳定上升的趋势，最大流量对应的必需汽蚀流量为4米。另外，轴功率的曲线也表现出稳定上升的趋势。整体来看，水力模型各个性能数值都符合工况规定，每个性能的变化趋势也满足流动机械基本运行的规律。
结语：总而言之，研究疏水泵叶轮设计方案的优化具有重要的意义。相关人员应对当前疏水泵的概况有一个全面了解，能够充分考虑叶片厚度、出口角、进口宽度、进口直径等不同方面，对疏水泵进行叶轮优化、仿真模拟与实测分析，避免出现汽蚀问题，从而提高疏水泵的性能，增强其运行平稳性。
参考文献：
[1]田浩宇,陈传富,洪子方,等.核主泵叶轮根部圆角大小对叶轮的振动、强度及刚度的影响[J].机械工程师,2019，(02):88-89+93.
[2]蔡少波.基于STAR-CCM+的汽车发动机冷却水泵叶轮流场仿真及优化[J].温州职业技术学院学报,2017,17(04):52-55.
论文作者:黎坚峰
论文发表刊物:《防护工程》2019年第7期
论文发表时间:2019/7/8
标签：疏水论文; 叶轮论文; 扬程论文; 流量论文; 介质论文; 叶片论文; 每小时论文; 《防护工程》2019年第7期论文;