【摘要】： 圍繞雙流道污水泵葉輪的三維設(shè)計方法、基于Pro/Engineer二次開發(fā)的雙流道葉輪三維參數(shù)化設(shè)計程序,和雙流道污水泵內(nèi)部主要過流部件葉輪與蝸殼耦合的全通道數(shù)值模擬,本文展開了較為廣泛而深入的研究,取得了以下研究成果: 1.對常用的雙流道污水泵葉輪圖紙的表達(dá)方法進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)存在平面圖上與軸面圖中的流道斷面投影結(jié)果不一致的問題。斷面形狀為沿對稱軸對折的橢圓,此對稱軸始終垂直于軸截面,則其方向與平面圖上的流道中線無關(guān)。因此,傳統(tǒng)中認(rèn)為其垂直于平面圖上的流道中線而確定的截面尺寸并不符合實際的投影關(guān)系。這就是傳統(tǒng)設(shè)計中經(jīng)常出現(xiàn)的雙流道葉輪平面圖、斷面面積與葉輪木模三者不一致的主要原因。建議在雙流道污水泵葉輪設(shè)計時,平面繪型應(yīng)作為初步設(shè)計,然后在三維造型中確定其余參數(shù),由三維造型來生成平面繪型,以保證設(shè)計與木模一致。 2.雙流道污水泵葉輪形狀比較特殊,不同于一般離心泵,造型方法尚有待探討。在Pro/ENGINEER中進(jìn)行雙流道葉輪三維造型的方法如下:用投影方法生成空間流道中線,并作為內(nèi)流道的原始軌跡,各斷面形狀作為混合用截面,使用掃描混合命令形成內(nèi)流道;按內(nèi)流道中線規(guī)律,延長內(nèi)流道中線到葉輪外徑,用投影得到的空間曲線作為外流道原始軌跡,按外流道截線位置放置適當(dāng)截面,由掃描混合命令形成外流道。葉輪在二維繪型圖轉(zhuǎn)化為三維造型時,可能會出現(xiàn)無法形成有效內(nèi)流道的問題,本文分析了其中的原因,并給出了調(diào)整措施。 3.研究了在Pro/E中直接進(jìn)行葉輪的三維設(shè)計方法。 4.雙流道葉輪設(shè)計中,平面流道中線普遍使用變異阿基米德螺線。推導(dǎo)了平面流道中線采用變異阿基米德螺線時,流道中線出口角與包角、變異系數(shù)之間的關(guān)系式,為設(shè)計中控制流道中線出口角提供了依據(jù),解決了傳統(tǒng)設(shè)計法中采用變異阿基米德螺線作為平面流道中線時,無法事先確定流道中線出口角的難題。 5.推導(dǎo)了變異阿基米德螺線法線方向到葉輪外圓距離的變化規(guī)律,在此基礎(chǔ)上給出了確定內(nèi)流道出口點(diǎn)的解析方法。 6.使用所提出的葉輪三維設(shè)計方法,編寫了基于Pro/E二次開發(fā)的雙流道污水泵葉輪三維參數(shù)化設(shè)計程序。用戶可直接輸入?yún)?shù)得到葉輪流道的三維造型,為葉輪的CFD數(shù)值模擬和NC(Numerical Control簡稱數(shù)控)制造提供了基礎(chǔ)。在造型前可預(yù)覽軸面圖和平面圖,初步篩選設(shè)計方案;在外流道造型前,可檢查有效內(nèi)流道是否形成,并提供了修改模塊以改善內(nèi)流道造型。該程序還可交互地修改截面積變化規(guī)律曲線以及外流道壁厚規(guī)律,能夠靈活地控制葉輪流道造型。并采用該程序設(shè)計了雙流道污水泵葉輪QW950-15-55。 7.基于有限體積法,采用SIMPLEC算法及標(biāo)準(zhǔn)κ-ε兩方程湍流模型,對雙流道污水泵QW950-15-55的主要過流部件內(nèi)部流場,作了全通道定常流動數(shù)值模擬。模擬了包括設(shè)計工況在內(nèi)的11個工況,捕捉到雙流道葉輪及蝸殼內(nèi)部流動的一些典型特征,重現(xiàn)了一些重要的流動現(xiàn)象,提出了進(jìn)一步改進(jìn)的辦法。 8.由山東雙輪集團(tuán)股份有限公司制造的樣機(jī),經(jīng)過試驗測定,額定效率達(dá)到85.33%,而目前國產(chǎn)泵的各種葉輪形式的污水泵,排出口徑為300mm的,效率在74%～83%之間。 9.數(shù)值模擬得到的預(yù)測特性與樣機(jī)試驗結(jié)果比較表明,兩者吻合較好,說明CFD計算結(jié)果是可靠的,可作為進(jìn)一步完善設(shè)計提高性能的依據(jù)。
【圖文】：

確定了流道中線的型式(阿基米德螺線或等角螺線等)后，用公式生成或樣條命令描點(diǎn)作平面圖上的流道中線b;將曲線b投影到曲面a上就得到空間流道中線(如圖2.8所示)。2.內(nèi)流道曲面的生成在流道中線上確定出口點(diǎn)，測量入口到出口的空間長度，均分為七段〔7]〔朗〔9〕〔l0]。

博士學(xué)位論文圖3.，5內(nèi)流道圖3.，6內(nèi)流道面積控制曲線選擇掃描混合命令，以上一步得到的空間流道中線作為原始軌跡，只用進(jìn)口截面和出口截面，形成內(nèi)流道。一般根據(jù)流道形成情況還需要設(shè)置混合控制中的面積控制曲線的形狀，默認(rèn)是線性變化的。為保證形成的內(nèi)流道符合前面軸面投影，，用前后蓋板的型線旋轉(zhuǎn)形成的曲面組來檢驗，然后調(diào)整面積控制曲線來盡量滿足要求。否則或修改軸面圖或重新設(shè)計。當(dāng)單個內(nèi)流道形成后
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：TH311

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

1 沈文金;戶用沼液泵的研究與開發(fā)[D];蘭州理工大學(xué);2011年

2 羅濤;回流攪拌型混合物料厭氧消化器的設(shè)計與發(fā)酵工藝研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2011年

3 單麟婷;雙流道污水泵流動分析與設(shè)計方法的研究[D];蘭州理工大學(xué);2010年

4 崔巧玲;固相參數(shù)對泵內(nèi)流動影響的數(shù)值模擬與PIV測試[D];浙江理工大學(xué);2012年

本文編號：2656523