不锈钢冲压焊接离心泵能量转换特性与设计方法

随着不锈钢板冲压和焊接工艺的发展和成熟,采用冲焊工艺制造的不锈钢冲压焊接离心泵逐渐以节能、节材、环保的冲焊生产方式取代耗能高、污染重的铸造生产方式,发展成为符合低碳经济发展模式的新型离心泵型式,并以低成本、高性能的优势成为诸多领域铸造泵的换代产品。 制造工艺的变革与迅猛发展对离心泵水力设计提出了新的挑战,突出表现在（1）现有设计资料不*适用于新工艺；（2）现有设计理论未能充分发挥新工艺的优势；（3）市场多元化、个性化发展提出的新要求。针对这些问题,本文通过对不锈钢冲压焊接离心泵能量转换特性进行研究,提出了能够实现多重设计目标的不锈钢冲压焊接离心泵水力设计方法。 本文研究遵循从内部流动结构与机理中寻找规律,在流动规律上探讨能量转换特性,以能量转换特性为基础摸索设计方法的思路,主要研究内容分为3个部分： 1.不锈钢冲压焊接离心泵内部流动诊断 首先,利用正则化螺旋度法提取流场内流向涡结构,探讨了不锈钢冲压焊接离心泵内流体的流向运动特征。研究表明,进口段内存在涡核位置偏离中心轴线的诱导旋涡；叶轮内,在（0.6～1.4）Qd工况,流向涡主要是慢速旋转的曲线涡,且聚集不充分,对离心泵性能影响较弱；蜗壳内,由一对逆向旋转的对称涡占据,在大流量工况,扩散段内存在显著的二次涡并伴随有旋涡破裂现象,引起能量损失增加。 然后,利用基于边界涡量动力学的三维流动分离理论研究了叶轮内的定常流动分离状况。针对叶轮内部流动主要以相对速度表示的特点,推导出了关键物理量——壁面涡通量（BVF）在旋转坐标系下的表达式。研究发现,离心力是除压力梯度外另一个BVF的重要来源。在不锈钢冲压焊接离心泵叶轮的绝大部分区域内,大尺度流动分离发生的几率很低,流动基本呈现出“规则”的状态。

离心泵有立式、卧式、单级、多级、单吸、双吸、自吸式等多种形式。其主要的工作原理有：离心是物体惯性的表现。比如雨伞上的水滴，当雨伞缓慢转动时，水滴会跟随雨伞转动，这是因为雨伞与水滴的摩擦力做为给水滴的向心力使然。但是如果雨伞转动加快，这个摩擦力不足以使水滴在做圆周运动，那么水滴将脱离雨伞向外缘运动。

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