基于SolidWorks的離心泵葉輪研究

吳業勝（廣東工業大學機電工程學院，廣東廣州510006）

基于SolidWorks的離心泵葉輪研究

吳業勝（廣東工業大學機電工程學院，廣東廣州510006）

以離心泵葉輪為研究對象，運用SolidWorks建模并使用SolidWorksflowsimulation插件模擬研究了離心泵內部流場的壓力及速度分布情況，將軟件分析與數學推導相結合，研究離心泵葉輪的參數間關系。

離心泵；葉輪；流場分析；SolidWorks

離心泵在工業生產中已不可或缺，它廣泛運用于農業工程、輸送工程，有機化學工業，航空航天、能源工程等國民經濟建設中。離心泵在泵類產品中的份額占到70%以上，用電量是全廠用電量的50%左右，在生產中起著關鍵性作用［1-2］。葉輪作為離心泵最重要的過流部件，它的水力性能的優劣直接影響著離心泵的性能［2］。結合軟件和數學分析，本文將探討葉輪結構參數間的聯系，研究離心泵的性能。

1　數學分析

建立葉輪上微團數學模型，經受力分析和計算得［1］：

可知，內徑不變，離心泵的壓力隨外徑和轉速的增大而升高。

可知當內徑不變，外徑增加時，離心泵的揚程也會增加，此與離心泵切割定律相符。目前離心泵的切割定律在企業中運用廣泛，通過切割離心泵的葉輪外徑來使揚程滿足企業的要求［3］。

2　流場分析

2.1三維建模

為了避免分析的干擾和錯誤，運用SolidWorks對模型進行了細小的簡化［4］，如圖2-1所示。

圖2-1　離心泵流體分析

2.1.1Wizard設置

在analysistype中選擇internal，Excludecavitieswithoutconditions。在Rotation中，參考現有模型設置離心泵葉輪旋轉速度為2950r/min，設置流體為水，流動類型為層流和湍流。網格劃分選擇4級精度進行分析。

2.1.2邊界條件設置

流體問題一般是“初邊值問題”［4］。設置流場入口流量為0.06m3/s，出口為101325Pa，溫度為293.2K，殼體上其余流體經過的面都設置為固定面壁，選擇realwall，并設置過濾面。選取整個葉輪，設置平均流量和壓力為計算目標。

2.2結果分析

2.2.1速度分析

如圖2-2所示。（a）葉輪上流體的速度大小成環形往徑外遞增。（b）流體做離心運動，自葉輪圓心向葉輪外側擴展。（c）流體沿著直徑方向，速度逐漸增大，當流體離開葉輪，速度逐漸減小，這再次驗證了流體在葉輪做功下動能增加，最后轉化為靜壓能，流出殼體。

圖2-2　離心泵流場速度分布

2.2.2壓力分析

如圖2-3所示。（a）在葉片上，隨著葉片的伸長，壓力不斷增大。（b）流場中的壓力隨著徑向距離的增加而增加，最終保持在一個平穩值以提供揚程。（c）在流體剛進入離心泵時壓力變化不大，甚至呈減小趨勢產生真空。當經過葉片時，獲取能量流體壓力瞬間增加，離開葉輪后沿著徑向平穩增加，逐漸變為靜壓力。

圖2-3　離心泵流場壓力分布

3　結語

3.1通過數學分析，離心泵內部流場中的流體揚程、壓力和速度隨外徑的增加而增加，所得結論與切割定律吻合。

3.2運用SolidWorks簡化建模是合理的，運用flowsimulation插件對離心泵內部流場分析是可行的，結果與現有的結論相一致。

3.3綜合數學和軟件分析，此分析結果與大量試驗及理論研究的結論相一致。

［1］楊詩成，王喜魁.泵與風機［M］.北京：中國電力出版社，2007.

［2］許勝濤，葉凡，闞望，周毅鈞.離心泵建模及其流場模擬分析研究［J］.機械研究與運用，2014，27（3）：39-40，55.

［3］張洪寶.離心泵節能改造探究［J］.石油和化工節能，2014，（2）：17-18，30.

［4］李麗，宋淑娥，江親瑜，李寶良.高壓小流量離心泵流體力學分析［J］.潤滑與密封，2009，34（3）：62-65.