如何用面积比原理设计出高效的潜水泵？

如何应用面积比原理设计高效的潜水泵：

本文提出了一种基于面积比原理的水泵设计方法。即在保持面积比系数不变的条件下,对同一导流器选配不同的叶轮,以获得不同参数的高效水泵。

    潜水泵是应用最广泛的通用机械,不仅用于工业,还用于广大农村。随着农村电气化的发展,从生活用水到农田灌溉,潜水泵已成为必不可少的工具。它的使用量大面广,为了扩大使用范围,本文提出一种基于面积比原理的水泵设计方法。潜水泵的性能主要是由叶轮和导流器两方面决定的,高效率的泵不但要求高效的叶轮,而且还需要与叶轮良好匹配的导流器,如果导流器不适配,不仅降低泵的效率,而且还会在一定程度上影响泵性能的稳定。HHAnderson提出了离心泵的面积比原理,指出叶轮出口过流面积与泵体喉部面积之比是泵扬程、流量、轴功率等参数的主要决定因素。RCWorster首次用数学方法证明了HHAnderson所提出的面积比原理的科学性。

    我国从20世纪80年代初开始引进面积比原理也曾有人运用面积比原理对现有泵进行分析,但研究工作还不够深入,为此,本文提出一种基于面积比原理的水泵设计方法,即在保持面积比系数不变的条件下,对同一导流器选配不同的叶轮以获得不同参数的高效水泵。并通过试验研究和数值模拟对该方法进行验证。

    1、面积比原理的理论

    在水泵叶轮设计中,一般假设叶轮进口无预旋,即vu,1=0,则水泵的基本方程式为:

方程式1

   式中HT———泵的理论扬程,m

    u2———叶轮出口圆周速度,m/s

    vu,2———叶轮出口水流绝对速度的圆周分量,m/s

    根据叶轮出口速度三角形可知:

方程式2，3

    假设叶轮出口到导流器的喉部这一过渡区无任何水力损失,则有v2=vt,将式(2)代入式(3)得:

方程式4

    叶轮将能量传递给液体,导流器收集从叶轮流出的液体并将液体导出。导流器对液体不增加任何的能量,但影响泵的运行工况点和最高效率点。叶轮与导流器的耦合应遵守液体流动的连续性方程,则有: