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微型电泵是指配套电机功率≤2.2kW的离心泵,具有结构简单、通用性强、使用方便等特点,广泛应用于农业、石油、化工等领域。微型电泵一般为低比速(或超低比速)离心泵,其螺旋形压水室断面面积很小,铸造相当困难,不易机械加工,流道表面粗糙度较大,水力损失大,效率很低。因此,压水室对微型电泵的性能有较大的影响。针对上述问题,为了改善压水室的水力性能,降低损失,提高能源的利用率,本文选取浙江某企业一款型号为XCM158微型电泵为研究对象,对其螺旋形压水室进行改型优化设计研究。主要的研究工作及成果有:
1、对微型电泵面积比进行了研究,建立了面积比与理论扬程、加大流量法等之间的函数关系。
2、利用CFX软件对模型泵进行了全流场数值模拟,探讨了压水室流道表面粗糙度对微型电泵性能的影响,提出了压水室的改型设计方案;对比分析改型前、后泵的外特性及内部流场情况。结果表明:改型后的环形压水室离心泵在扬程、效率方面优于螺旋形压水室模型泵,环形压水室的损失小于螺旋形压水室损失;在小流量区和设计工况点,改型后泵的径向力远小于模型泵的径向力,泵的可靠性提高,这正好符合微型电泵在小流量运行时径向力小,泄漏少的要求。
3、采用正交试验设计法,深入研究改型后的环形压水室主要几何参数对微型电泵性能的影响程度,从而优化改型后的方案。结果表明:对扬程影响的主次顺序为压水室的进口宽度、断面高度、基圆直径;效率依次为基圆直径、进口宽度、断面高度。对预测结果进行了综合平衡分析,得到正交试验的最优方案。
4、将优化后的微型电泵进行三维非定常数值计算,对监测点的压力进行时域及频域分析,得到环形压水室的压力脉动规律;对瞬态径向力进行了分析,得到环形压水室瞬态径向力的分布及脉动情况。
5、对改型优化后的微型电泵进行性能试验。结果表明:改型优化后的泵性能优于原模型泵:在设计工况点,效率高出1.6%,扬程提高1.2m。
微型电泵压水室的优化改型设计达到了预期效果,已应用到浙江某企业的XCM系列产品中,具有一定的推广价值。