泵作為一種典型的水力機(jī)械,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中扮演著重要的角色,其技術(shù)進(jìn)展一直受到多個(gè)行業(yè)的關(guān)注。在各種應(yīng)用需求的驅(qū)動(dòng)以及材料、力學(xué)、信息和計(jì)算機(jī)等相關(guān)學(xué)科的帶動(dòng)下,泵理論和技術(shù)研究已取得巨大進(jìn)展。人們對(duì)泵內(nèi)流機(jī)理和運(yùn)行特性的認(rèn)識(shí)更為深入,數(shù)字化設(shè)計(jì)和信息化運(yùn)維已得到廣泛應(yīng)用,泵產(chǎn)品已逐步具有生態(tài)友好和智能化特征。本文以2000年以來(lái)泵領(lǐng)域所取得的進(jìn)展為重點(diǎn),圍繞旋渦泵、離心泵、混流泵、軸流泵和貫流泵等葉片式泵,從產(chǎn)品應(yīng)用需求出發(fā),針對(duì)泵的水動(dòng)力學(xué)、設(shè)計(jì)技術(shù)、振動(dòng)噪聲、節(jié)能與運(yùn)維技術(shù)等四個(gè)部分對(duì)技術(shù)進(jìn)展進(jìn)行綜述,并對(duì)泵的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行總結(jié)和展望。 

【文章來(lái)源】：水力發(fā)電學(xué)報(bào). 2020,39(06)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：17 頁(yè)

【部分圖文】：

1 常規(guī)設(shè)計(jì)邏輯與反問題優(yōu)化設(shè)計(jì)邏輯對(duì)比[61]

另一方面，當(dāng)前的水力設(shè)計(jì)已不僅僅關(guān)注于揚(yáng)程、效率和抗空化性能指標(biāo)，對(duì)泵的全流量特性和泵內(nèi)水力激振的研究也逐漸成為關(guān)注重點(diǎn)，并開始形成了一些有關(guān)無(wú)過(guò)載水力設(shè)計(jì)和低振動(dòng)低噪聲水力設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。低比速離心泵由于軸功率隨流量增加而不斷上升，在大流量、低揚(yáng)程工況運(yùn)行時(shí)常因過(guò)載而燒壞原動(dòng)機(jī)。為了改善離心泵全工況功率曲線，袁壽其在對(duì)離心泵軸功率特性研究的基礎(chǔ)上，首次提出無(wú)過(guò)載設(shè)計(jì)理念，系統(tǒng)地推導(dǎo)了無(wú)過(guò)載離心泵設(shè)計(jì)的原則，并通過(guò)試驗(yàn)和數(shù)值模擬，從葉片出口角、葉片包角和葉片數(shù)等參數(shù)的設(shè)計(jì)和選擇方面出發(fā)，給出了無(wú)過(guò)載設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則[65-66]。此外，為減小泵的振動(dòng)噪聲，葉輪進(jìn)出口寬度、基圓比、葉片數(shù)、蝸殼和導(dǎo)葉數(shù)等整體參數(shù)的優(yōu)化選取在初步設(shè)計(jì)階段用于抑制泵內(nèi)水力激振，并且葉片尾緣修型、葉片出口邊傾斜、優(yōu)化葉片加載方式、優(yōu)化蝸殼形狀等措施也被證明在減小流體激勵(lì)方面具有效果[67-68]。除此之外，人們嘗試建立葉輪激振力、葉片載荷、幾何參數(shù)之間的聯(lián)系，以實(shí)現(xiàn)泵的低振動(dòng)設(shè)計(jì)。吳大轉(zhuǎn)等通過(guò)葉輪內(nèi)局部歐拉揚(yáng)程來(lái)表征泵內(nèi)能量分布與增長(zhǎng)特性[69]，并將其與葉輪非定常激振力進(jìn)行關(guān)聯(lián)，在此基礎(chǔ)上提出了葉輪出口段圓周方向能量均勻化設(shè)計(jì)方法，并且通過(guò)葉片尾緣修型和壓力面局部增厚等具體實(shí)施途徑，進(jìn)一步根據(jù)厚度分布優(yōu)化得到具有類似于翼型葉片的結(jié)構(gòu)，在多個(gè)泵設(shè)計(jì)工程實(shí)踐中取得顯著的減振效果，初步形成了泵低激振力葉型設(shè)計(jì)方法[70]，其中新型葉片和常規(guī)葉片的局部歐拉揚(yáng)程分布的比較結(jié)果如圖12所示。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是泵設(shè)計(jì)的另一個(gè)主要內(nèi)容。本世紀(jì)泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的進(jìn)展更多體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)分析能力的顯著提升上，基于有限元平臺(tái)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析、機(jī)械動(dòng)力學(xué)分析及溫度場(chǎng)分析已被廣泛用于泵的設(shè)計(jì)過(guò)程[71]，并且全三維設(shè)計(jì)已用于泵制造企業(yè)，部分零部件三維設(shè)計(jì)還直接與制造過(guò)程對(duì)接，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化的設(shè)計(jì)與制造[62]，圖13所示為日本荏原公司展示的數(shù)字化泵設(shè)計(jì)技術(shù)路線。具體結(jié)構(gòu)形式創(chuàng)新方面，雖然泵的基本結(jié)構(gòu)形式自本世紀(jì)以來(lái)沒有發(fā)生根本變化，但一些新技術(shù)和新需求依然促進(jìn)部分結(jié)構(gòu)和材料技術(shù)的創(chuàng)新。其中，高速泵是一個(gè)典型代表，高速泵在上世紀(jì)就作為一種轉(zhuǎn)化自航天技術(shù)的泵型，和磁力泵和屏蔽泵一樣廣受行業(yè)關(guān)注，但其發(fā)展受到了軸承、密封和電機(jī)技術(shù)的制約。

結(jié)構(gòu)固有特性和振動(dòng)傳遞特性是泵振動(dòng)噪聲研究需要關(guān)注的另一重要工作。為了避免與泵的旋轉(zhuǎn)頻率發(fā)生共振，結(jié)構(gòu)固有頻率和模態(tài)分析已大量用于復(fù)雜泵機(jī)組的校核與改進(jìn)設(shè)計(jì)，尤其在低振動(dòng)低噪聲泵的設(shè)計(jì)過(guò)程中，改變結(jié)構(gòu)模態(tài)和振動(dòng)傳遞特性成為優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容[80]。同時(shí)，轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算也是泵設(shè)計(jì)必不可少的環(huán)節(jié)，但對(duì)于多級(jí)泵，如圖16所示，“濕轉(zhuǎn)子”分析是臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算的重點(diǎn)[81]；而對(duì)于帶齒輪箱的大型泵組，扭轉(zhuǎn)振動(dòng)分析已成為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的內(nèi)容。目前，ANSYS等大型有限元分析軟件已經(jīng)能夠完成精細(xì)化的泵結(jié)構(gòu)固有特性和振動(dòng)傳遞特性分析，相關(guān)分析校核已經(jīng)成為高品質(zhì)泵設(shè)計(jì)過(guò)程的組成部分。5 泵的節(jié)能與運(yùn)維技術(shù)研究進(jìn)展

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3607768