泵是一種廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域的通用機(jī)械,據(jù)資料統(tǒng)計(jì)表明我國(guó)工業(yè)總用電量的20.9%是由各類泵產(chǎn)品所消耗。由于受制造業(yè)的技術(shù)平臺(tái)與泵設(shè)計(jì)水平的限制,我國(guó)泵效率與發(fā)達(dá)國(guó)家有較大差距,約低10%[1],且較多泵在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中處于偏工況運(yùn)行,因此研究節(jié)能優(yōu)化泵類產(chǎn)品十分有意義。
泵節(jié)能技術(shù)主要途徑是提高運(yùn)行控制水平和水力性能。為采用三維數(shù)值模擬D450󰀁60󰀂7型多級(jí)離心泵優(yōu)化設(shè)計(jì)前后泵內(nèi)流場(chǎng)規(guī)律,本文應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)商用軟件Flunet6.3.26,通過(guò)采集和分析影響泵效率的泵內(nèi)速度和壓力分布因素,并對(duì)比研究了計(jì)算數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)采集實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),為改型優(yōu)化葉輪提供了數(shù)據(jù)支持和理論依據(jù),為分析評(píng)價(jià)節(jié)能優(yōu)化效果奠定了基礎(chǔ).

1.構(gòu)建模型 1.1󰀁建立物理模型與網(wǎng)格剖分 以D450󰀁60󰀂7型的脫碳多級(jí)離心泵為例。該多級(jí)泵為7級(jí)泵單元,葉輪葉片7片,導(dǎo)葉葉片8片,泵流量410m3/h,總揚(yáng)程3.4MPa,泵轉(zhuǎn)速比重現(xiàn)單位為1480r/min,電機(jī)配用功率850kW,泵送物質(zhì)碳酸丙烯酯比重1.1198。優(yōu)化設(shè)計(jì)將原葉片改為全三元高效葉片,保持原工況與葉輪安裝尺寸,在導(dǎo)葉和泵體尺寸不變工況下要求將該多級(jí)泵的實(shí)際運(yùn)行效率由60.4%提高為77.5%。每臺(tái)機(jī)組每小時(shí)節(jié)電147.5kW,每年按330d計(jì)節(jié)電116.82kW h,以0.3565元/(kW h)的電費(fèi)計(jì)算,每年節(jié)約電費(fèi)約40萬(wàn)元。 首級(jí)葉輪與5個(gè)次級(jí)葉輪不同,末級(jí)葉輪與次級(jí)葉輪相同,本文選取次級(jí)葉輪作為研究對(duì)象,應(yīng)用SolidWorks軟件構(gòu)建節(jié)能優(yōu)化前后泵體和導(dǎo)葉模型,并使用Fluent的前處理軟件Gambit剖分模型網(wǎng)格。針對(duì)復(fù)雜三維模型與計(jì)算區(qū)域的形狀,選擇適應(yīng)范圍較廣泛的完全非結(jié)構(gòu)的四面體網(wǎng)格單元(TGrid)[3] 進(jìn)行網(wǎng)格剖分(圖1)。優(yōu)化前葉輪和導(dǎo)葉共計(jì)624228個(gè)網(wǎng)格單元,其中導(dǎo)葉276031個(gè),葉輪348197個(gè);優(yōu)化后葉輪和導(dǎo)葉共計(jì)598016個(gè)網(wǎng)格單元,其中導(dǎo)葉276031個(gè),葉輪321985個(gè)。對(duì)兩模型進(jìn)行網(wǎng)格等角斜率和等尺寸斜率檢查結(jié)果均小于0.85,網(wǎng)格質(zhì)量滿足精確計(jì)算要求。