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作为一种重要的压水室,径向导叶被越来越多地应用在大型单级离心泵结构中,以提高内部流动的均匀性,其性能直接关系着离心泵能否高效平稳地运行。掌握单级离心泵径向导叶的水力设计方法,对开发高效高可靠性大型离心泵水力模型具有重大意义。为此,本文通过理论分析、数值计算与试验测试,研究了径向导叶的水力设计方法及最优安放位置,主要研究内容和成果如下: 1.针对现有径向导叶设计方法繁琐复杂,经验依赖程度高等问题,在推导圆弧半径计算公式的基础上,提出了单级离心泵径向导叶的圆弧水力设计方法,使得导叶叶片形状简单易控,设计过程方便快捷。在此基础上,基于VC6.0程序编译平台及Pro/TOOLKIT工具箱,开发出了径向导叶参数化自动造型软件,能够快速准确地为CFD计算提供三维模型,大幅提高了工作效率。 2.为分析径向导叶减速增压的能力,定义了径向导叶扩压度的概念,并通过流体机械一元理论对其进行推导,得到了径向导叶几何参数与性能的关系。分析表明,叶片出口角度与出口厚度既决定圆弧叶片形状,同时也是影响导叶扩压性能的重要参数。 3.为进一步完善径向导叶圆弧水力设计方法,以一台中比转速导叶式离心泵为研究模型,采用CFD数值模拟方法,研究了叶片出口角度与出口厚度的影响,对比分析了不同径向导叶下离心泵的外特性及各部件的水力性能。研究结果表明:(1)不同出口角度及出口厚度下,离心泵扬程与效率的差别很大。径向导叶叶片出口角度存在一个最优值,出口角度过小,导叶会失去减速增压的作用,出口角度过大,则会增加导叶流道的扩散及分离损失。(2)径向导叶叶片出口不宜过厚,否则会减小过流面积,增加导叶出口流速,增大蜗壳的水力损失,从而降低离心泵效率。 4.为进一步提高导叶式离心泵的运行效率和稳定性,采用所提设计方法为研究模型设计了新导叶,试验研究了导叶不同安装位置对离心泵外特性、压力脉动及振动特性的影响。结果表明:(1)新导叶下离心泵的外特性优于原模型,蜗壳隔舌处于导叶出口流道中间位置时,离心泵水力性能最好,且蜗壳扩散段流场比较通顺。(2)蜗壳扩散段压力脉动幅值随着流量增加先减小后增大,叶轮旋转周期内压力波动次数随着流量增加逐渐减小。(3)不同工况下,离心泵振动加速度幅值差别很小。蜗壳隔舌处于导叶流道中间位置时,振动幅值较低,有利于离心泵高效稳定地运行。