螺旋離心泵結構設計【說明書+CAD+PROE】

螺旋離心泵結構設計【說明書+CAD+PROE】,說明書+CAD+PROE,螺旋離心泵結構設計【說明書+CAD+PROE】,螺旋,離心泵,結構設計,說明書,仿單,cad,proe 大 連 大 學 本科畢業(yè)論文(設計)開題報告 論 文 題 目： 螺旋離心泵設計 學 院： 機械工程學院 專 業(yè) 、班 級： 機械設計制造及其自動化 機英134 學 生 姓 名： 賈沁沁 指導教師（職稱）： 李淑嫻（講師） 2016年 12 月 28 日填 5.6 一、選題依據(jù) 1論文題目 螺旋離心泵設計 2研究領域 綜合設計 3論文（設計）工作的理論意義和應用價值 理論意義： 螺旋離心泵是一種無堵塞泵，有著真正的無堵塞性能。其他的普通無堵塞離心泵 在輸入纖維狀固體時，固體常常會附著在葉片的邊緣上導致在進出口的堵塞，最終造 成故障。而裝有螺旋離心葉輪的螺旋離心泵則不存在這一問題，螺旋狀的葉輪會使各 種填充物不能在進出口造成堵塞，使填充物順利通過，避免了許多機械故障。螺旋離 心泵又一優(yōu)勢是“柔和輸送”，即使是固體物質在輸送過程中也會隨著輸送方向向前 運動，不會撞擊泵內的任何部位。既可以保證輸送的物質不被破壞，保持原來的物理 狀態(tài)，又可以有效的保護其內部不因為各種物質的撞擊而遭到破壞。能夠低成本平穩(wěn) 運行、擁有高自吸能力、無過載區(qū)域及有著小巧的結構。 應用價值： 在現(xiàn)代生產(chǎn)中，使用泵來輸送固體的應用領域越來越大，如：泥漿、灰渣礦石、 糧食、紙漿、水果蔬菜、魚蝦貝殼等等。要輸送這類物質，需要泵有很多特性，如無 堵塞與耐磨損。在眾多種類的泵中最適合的泵這是螺旋離心泵。螺旋離心泵結合了傳 統(tǒng)離心泵和螺旋泵的特點,應用于市政污水領域中,可以輸送含有大顆粒物質的液體,保 證無堵塞輸送、柔性輸送。世界上第一臺螺旋離心泵是用來輸送魚類的，后來用于輸 送固液兩相的流體，讓其能夠輸送高粘度的液體。它的開式葉輪中有一到兩片螺旋形 葉片可以防止堵塞，讓填充物順利流動。 4目前研究的概況和發(fā)展趨勢 （一）國內發(fā)展概況 （1）螺旋離心泵設計 以國內外大量的實踐以及資料為依據(jù)，以清水泵的有關公式為基礎提出了經(jīng)驗統(tǒng)計速 度系數(shù)設計法。這種方法雖然理論上不夠完善與充分，但是實用性很強，在有豐富經(jīng) 驗和足夠的資料下可以得要良好的效果，得到了廣泛的應用 1-6 。后張玉新等提出了 一種適用于低速離心渣漿泵的無過載設計方法 7 。劉彥春設計了低比轉速渣漿泵，分 析了各主參數(shù)對泵的影響，推薦出合理的結構參數(shù) 8 。 70世紀中期，蔡寶元提出了兩相流畸變速度設計法，指出了雜質泵的性能特點 9 。 80年代末，徐洪元等提出了兩相流速度比設計法，可有效地轉換能量，是對于固液泵 水力設計的新突破 10 。 （2）磨損機理和磨損規(guī)律的研究 國內有關材料的磨損方面研究較多，如由田愛民 19 、羅先武 20 等人用失重法、磨損測 量法、表面涂層法研究了葉輪轉速、顆粒濃度等參數(shù)對磨損的影響。洪亮等推出了一 種渣漿泵材料的磨損試驗方法 21 。楊建國等人提出了使用導輪來減輕磨損的方法，并 初步驗證了這種方法的可行性 22 。而后劉忠祥 23 、王榮貴 24 等研究了磨蝕機理，提 出了抗磨蝕的措施。但到現(xiàn)在研究任然不足，實際生產(chǎn)中磨損與空蝕往往共同作用， 并且與外界因素有關，使各種情況更加復雜，還需要更多更深入的研究。 （3） 螺旋離心泵內部流場的研究 國內對其內部流動的研究現(xiàn)在主要集中在對顆粒的運動規(guī)律的數(shù)值模擬與實驗研究 上。朱金曦采用有限元的方法計算了葉輪流面的流場，且用查分法計算了葉輪內部固 體的運動軌跡 32 。劉正英等用有限差分法對固液兩相流動規(guī)律進行了模擬 33 。王宏等 用懸浮體固液兩相流粒群進行了模擬 34 。趙靜亭用高速攝影機記錄顆粒的運動規(guī)律， 解釋了出口劇烈磨損的原因 35 。韋章兵總結了不同濃度與顆粒的煤水導致泵性能的變 化，為螺旋離心泵的使用與開發(fā)提供了參考 39 。 ( 4 )螺旋離心泵設計CAD 在國內，泵的CAD技術已經(jīng)接近工程實用，工藝設計與產(chǎn)品設計基本實現(xiàn)了計算機 輔助設計，但與CFD結合仍然比較少。江蘇理工大學設計的應用軟件PCA2000可以 繪制多種泵的葉輪 42 ；王德軍使用MSVC開發(fā)了新一代的離心泵的CAD軟件，有著 很好的實用性 43 。但由于螺旋離心泵的固液流動的復雜性等問題，且其CAD技術研 究起步較晚，遠不如清水泵的成熟。 （二）國外發(fā)展概況 六十年代初，瑞士工程師馬丁.斯塔列為了研究出能輸送魚而不損傷魚的輸送系統(tǒng)二發(fā) 明了帶有螺旋型葉輪的螺旋離心泵，先后獲得了秘魯、美國與西德等國家的專利。第 一臺螺旋離心泵是用于秘魯一家工廠的魚類加工，隨后用來運輸固液兩相流體，可以 排水和輸送具有高粘度的液體。英國的Hidrostal Process Engineering Ltd 公司首先獲 得了這種泵的生產(chǎn)權德國的Hidrostal與KSB公司開發(fā)出了這種泵的系列產(chǎn)品；英國 的Sigmund、日本的久保田、太平洋機工等公司也相繼開發(fā)出了系列產(chǎn)品。 （1）螺旋離心泵設計 Alwksander S.Roudnev 研究了蝸殼形狀對泵性能的影響與設計時應該考慮的問題，將 其運用到了兩類大功率的螺旋離心泵中，取得了很好的效果 14 。 （2）磨損機理和磨損規(guī)律的研究 國外開始研究磨損的時間較早，開展過很多實驗研究與理論分析工作。比如日本的 Yoshiro Iwai等于13種不同的材料在不同條件下的襯套進行了耐雜質磨蝕的實驗，探 討了在不同沖角以及顆粒的尺寸的條件下材料的磨蝕特性，并給出了相應的計算公式 16 ；H.X.Zhao 等進行了螺旋離心泵葉片的陶瓷涂層的磨蝕性研究，發(fā)現(xiàn)其與噴涂技 術有關，并且可以用硬度指標來衡量耐磨性 17 ；Craig.I.Walker 等對襯套的形式與對 泵磨損的影響進行了研究，并給出了相應的經(jīng)驗公式 18 。 （3）螺旋離心泵內部流場的研究 了解其兩相流動流場的分布對螺旋離心泵的設計、效率、減輕磨損都有很高的意義。 國外對于固粒運動的研究開始較早，已經(jīng)運用了LDV與PIV技術進行研究。日本的 H.Tsukamoto等對泵內部的兩相流動的壓力分布進行了測量，并用CCD相機對其的流 動進行了觀測，最后得出螺旋離心泵的性能受到顆粒的密度、濃度與尺寸的影響，進 出口處與工作面的磨損與顆粒的分布有關 30 ；B K Gandh等人實現(xiàn)了一個用損失分析 的方法來實現(xiàn)預測螺旋離心泵的性能曲線的方法，且這種方法經(jīng)過試驗表明是比較可 靠的 31 。 （4）螺旋離心泵設計CAD 隨著計算機技術的不斷發(fā)展，泵的計算機輔助CAD的技術在國外已經(jīng)相對成熟。其 內容涉及到許多方面，如：結構設計、水力設計與性能的預測，并且做到了與 CFD 很好的結合，利用了 CFD 的技術來展示各項結果并用計算機來指導完成泵的相關設 計。Concepts NREC公司研究了CFD技術在泵的設計中起到的作用，得出了使用CAD 技術與 CFD 技術相結合的方法的好處，在節(jié)約時間、提高效率的同時還降低了成本 40 ；KSB公司的Sven Baumgarten 與 Thomas Muller 利用計算機對GIW泵進行了優(yōu) 化設計，并進行了數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)比原來的效率提高了6 41 。 （三）總結 螺旋離心泵是將螺旋泵與離心泵合為一體的新型雜質泵，使其可以將這兩種泵的優(yōu)勢 充分發(fā)揮出來。與以往的雜質泵相比，螺旋離心泵具有很多優(yōu)勢，如: 無堵塞性能好、 無損性能好、效率高，且高效區(qū)寬廣、功率曲線平坦、良好的調節(jié)性能、泵的吸入性 能好、具有優(yōu)良的抗汽蝕性能、可輸送油水混合物而不致乳化。造紙業(yè)（高濃度紙漿 的輸送）、漁業(yè)（輸送活魚、活蝦等）、糖業(yè)、食品(輸送土豆、甜菜等塊狀蔬菜)、冶 金、環(huán)保(河道清淤：淤泥、沙的輸送)、化學工業(yè)等各行業(yè)和污水處理作業(yè)中有十分 廣泛的應用前景。 到目前為止，螺旋離心泵的設計不管在理論還是經(jīng)驗方面都遠遠沒有達到設計普通離 心泵那樣的水平，制約了螺旋離心泵的應用與發(fā)展。同時，雖然泵的CAD方面在國 內做了較多的工作，但其基本上都是針對于普通離心泵，并沒有針對這種類型的泵的 CAD設計軟件，所以積極開發(fā)對于螺旋離心泵的水力設計以及CAD軟件的開發(fā)對螺 旋離心泵的發(fā)展具有重要的意義與實際的應用價值。 二、論文（設計）研究的內容 1.重點解決的問題 （1） 螺旋離心泵特有的三維螺旋葉輪設計 （2） 設計一臺固液兩相流體的螺旋離心泵 2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路） 首先要查閱有關于螺旋離心泵的文獻及論文，利用學校圖書館的資源查閱外文文 獻，并且翻譯，了解國外對本課題的研究現(xiàn)狀，掌握螺旋離心泵的工作原理，然后通 過查閱機械設計手冊等其他相關工具書和參考書籍，開始對本課題所需要設計的螺旋 離心泵根據(jù)具體要求和優(yōu)化條件進行設計和零部件的選擇計算，使用CAD軟件進行 工程視圖的繪制，便于更加具體形象的展示螺旋離心泵的結構，最后根據(jù)整個過程的 草稿數(shù)據(jù)和已經(jīng)完成的各種零件圖完成畢業(yè)論文的編寫。 3.本論文（設計）預期取得的成果 1)結構設計一套; 2)總裝配圖一份; 3)各主要配件的零件圖; 4)畢業(yè)論文; 三、論文（設計）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數(shù)） （1）螺旋離心泵的粗略選型 （2）螺旋離心泵主要幾何參數(shù)的確定 （3）螺旋離心葉輪的幾何參數(shù)的確定 （4）主要零部件的強度校核 （5）主要零部件的零件圖繪制 （6）總裝配圖繪制 （7）說明書的編寫 2.論文（設計）進度計劃 第1周 查閱相關資料 第2周 分析現(xiàn)有螺旋離心泵，完成開題報告初稿。 第3周 深入研究螺旋離心泵，提出問題 第4周 開題報告撰寫及準備開題答辯 第5周 完成螺旋離心泵的結構選型 第6周 根據(jù)所研究的內容對螺旋離心泵各零部件進行選擇 第7周 對螺旋離心泵各零部件進行設計 第8周 完成相關的設計計算 第9周 完成裝配圖 第10周 中期檢查 第11周 完成零件圖 第12周 撰寫畢業(yè)設計論文 第13周 對說明書有關設計進行校核 第14周 打印論文及圖紙，進一步完善整理資料 第15周 準備答辯 四、需要閱讀的參考文獻 1 丁成偉.離心泵與軸流泵原理與水力設計M.北京：機械工業(yè)出版社,1981. 2趙天成,郭自杰.固液兩相流泵設計與實驗研究J . 排灌機械,1997,16(4):1518. 3郭曉民 , 賈宗漠 . 渣漿泵設計方法的研究總結J . 流體機械,1996, 15(1):1518. 4(波) J.Remisz .渣漿泵的性能換算和設計J.水泵技術,1985,15(4):2024. 5 (西德) A.Kartzer.污水和磨蝕性液體用離心泵設計和選用的若干問題J.水泵術, 19 85,22(1):2529. 6 戎國平,施衛(wèi)東.WF與WN型污水泵的水力設計 J.排灌機械, 1999, 24(1):3539. 7張玉新.低比轉速離心式渣漿泵的無過載設計方法J.流體機械,1999,18(4):1418. 8劉彥春,低比速渣漿泵設計實踐J.水泵技術,1999,34(5):710. 9蔡保元.離心泵的“兩相流”理論及其設計原理J.科學通報,1983，2（8）:498502. 10蔡保元.按兩相流設計的雜質泵性能的特點J.水泵技術,1986 ,32 ( 2 ):1418. 11A.J.斯捷潘諾夫. 離心泵和軸流泵M. 北京: 機械工業(yè)出版社, 1980. 12何希杰，勞學蘇.螺旋離心泵的原理與設計方法D.石家莊：石家莊雜質泵研究所， 1997. 13M Stahle, D. Jackson. the Development of a Screw Centrifugal Pump For Handling Delicate SolidsJ. Word Pumps，1982: 185192 14Alesander S. Roudnev. Some aspects of slurry pump designJ. World pumps,1999,1999(389):5861. 16Yoshiro lwai, Kazuyuki Nambu. Slurry wear properties of pump lining materialsJ. Wear, 1997, 210(1-2):211-219. 18Craig I.Walkr, Greg C.Bodkin. Empirical wear relationships for centrifugal pumps, Part 1 :side-linkersJ. Wear, 2000, 242(1):140-146. 19 田愛民、許洪元等.離心式渣漿泵葉輪的磨損規(guī)律研究J.水泵技術,1997,(6):710. 20 羅先武.離心泵葉輪內磨損規(guī)律的實驗研究D.北京：清華大學，1996. 21 洪亮等.渣漿泵材料的磨損試驗J.水泵技術,1999,(l):35. 22 楊建國等.用導輪減輕固液兩相流對離心泵葉片的磨損研究J.水泵技術, 2005 (5):3034. 23劉忠祥.雜質泵磨損機理的探討J.水泵技術 , 1981,(3):5560. 24王榮貴.水力機械侵蝕機理與抗蝕J.大電機技術,1991,(3):98102. 25盧秉桓.機械制造技術基礎M.北京：機械工業(yè)出版社，2007. 26濮良貴.機械設計第九版M.北京：高等教育出版社，2013. 27勞學蘇, 何希杰. 螺旋離心泵的原理與設計方法M. 水泵技術, 1997, 20(5): 6-13 28 厲浦江. 螺旋不堵塞泵的設計方法J. 流體機械. 1995, 36(6): 20-24 29 許洪元, 羅先武. 磨料固液泵M. 北京: 清華大學出版社, 2000. 30H . Tsukamoto, M. Uno, J. I. Asakura,J. Yoshida, X.M. Wang presussure distribution and flow visualization of solid-liquid two phase flow in a slurry pumps impellerJ. Pumps and fans proceedings of the 3 rd international conference on pumps and fans ,1998:263273. 31B K Gandhi, S N Singh, V Seshadri. Improvements in the prediction of performance of centrifugal slurry pumps handling slurriesJ. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part A Journal of Power & Energy, ,2000, 214(5):47486. 32朱金曦,趙敬亭.葉輪內固體穎粒運動軌跡的分析計算J.水泵技術,1989,(3):1420. 33劉正英.圓柱葉片中液固兩相流場求解的速度壓力校正法J.排灌機械.1998,(2):37 34王宏,王曾玻等.水力機械轉輪內固液兩相流的三維貼體數(shù)值模擬研究J.水力發(fā)電 報,19 98,(3)4351 35趙敬亭,趙振海.離心泵流道中固體顆粒的運動J.水泵技術,1990,(1):16. 36朱榮生,關醒凡,黃道見.螺旋離心泵主要幾何參數(shù)的確定J.流體機 械,1996,21(6):2425 37謝俊,劉軍.離散化技術在離心泵設計上的應用J.排灌機械，2000.（1）：1821 38謝慶生，離心泵葉輪CAD系統(tǒng)中流道幾何模型的構造J. 貴州工業(yè)大學學報:自 然科學版，1999（5）：5660 39韋章兵,付振英.泵送煤水兩相流時泥漿泵的性能及通氣的影響.流體機械J, 2001,29 (4):912. 40Anonymous. Modern pump-design software systems offer an integrated process with fluid dynamicsJ. World pumps, 2001, 2001(417):5152. 41Sven Baumgarten, Thomas Muller. Computer aided impeller optimizationJ. World Pumps, 2000, 2000(402):2831. 42劉厚林,關醒凡,張立群.系列泵水力設計軟件PCA2000的特點J.排灌機械,2000, 18(3):3537. 43王德軍.離心泵新一代CAD系統(tǒng)設計軟件J.水泵技術,1999,(1):2427. 附：文獻綜述或報告 （一）螺旋離心泵的介紹 螺旋離心泵是一種新型的無堵塞泵，在造紙業(yè)（高濃度紙漿的輸送）、漁業(yè)（輸 送活魚、活蝦等）、糖業(yè)、食品（輸送土豆、甜菜等塊狀蔬菜）、冶金、環(huán)保(河道清 淤：淤泥、沙的輸送)、化學工業(yè)等各行業(yè)和污水處理作業(yè)中有十分廣泛的應用前景。 這種泵具有有許多其他種類的泵不具有的特性： 1、真正的無堵塞性能：螺旋的葉輪會自行旋入軟質固體中，使填充物不能在進 口處堵塞，而且吸口內壁和葉輪的背部還設計有可以防止纖維積聚的反向螺紋槽。 2、柔和輸送介質：。這一優(yōu)點適用在以下領域：輸送活性松散物質，可以保持其 原來的物理狀態(tài)，松散的物質不會被撕裂、破碎。乳液中的油，可以保持其特定的特 點狀態(tài)。懸浮的纖維，不會被擰絞或纏繞。易碎（脆弱）的物品如西紅柿、活魚等， 不會被損壞。 3、出眾的運行曲線：高效率=低運行成本；陡峭的性能曲線=平穩(wěn)的運行；低的 凈吸壓頭=高自吸能力；平滑的功率曲線=無過載區(qū)域；高轉速=小巧的結構。 4、高固含量介質處理能力。 5、采用可調耐磨內襯：在磨損嚴重的應用情況下是一種理想選擇，當發(fā)生磨損 之后，只需更換一個內襯即可，無須更換整個外殼，既方便又經(jīng)濟。 螺旋離心泵的優(yōu)點： 1、無堵塞性能好； 2、無損性能好； 3、效率高，而且高效區(qū)寬廣； 4、功率曲線平坦； 5、良好的調節(jié)性能； 6、泵的吸入性能好； 7、具有優(yōu)良的抗氣蝕性能； 8、腐蝕小，過流部件壽命長； 9、理想的抗噪特性。 螺旋離心泵的工作原理：流體在高速旋轉的葉輪的作用下被吸入泵腔，葉輪由螺 旋段和離心段兩個部分所組成，螺旋部分提供一個正向的位移推力，此力在軸向的延 伸出形成一種彎轉的分力，使入口處的水流沿著葉輪的切線方向而不是與葉輪成直角 作用下被吸入泵腔，葉輪由螺旋段和離心段兩部分組成，螺旋部分提供一個正向的位 向而不是與葉輪成直角或某一角度進入泵體。螺旋部分的軸向推力使水流平穩(wěn)流出， 直至離心部分，再由離心部分推送水流從出口排出。 螺旋離心泵的應用正在擴大，除用來輸送固液兩相流體外還可用來輸送粘性流 體，實驗表明，雷諾數(shù)在3103Re3.4104范圍內，螺旋離心泵和離心泵具有同 樣地效率，隨著雷諾數(shù)減小，螺旋離心泵和離心泵相比相率有增高的趨勢。 （二）螺旋離心泵的國外研究現(xiàn)狀 六十年代初，瑞士工程師馬丁.斯塔列為了研究出能輸送魚而不損傷魚的輸送系 統(tǒng)二發(fā)明了帶有螺旋型葉輪的螺旋離心泵，先后獲得了秘魯、美國與西德等國家的專 利。第一臺螺旋離心泵是用于秘魯一家工廠的魚類加工，隨后用來運輸固液兩相流體， 可以排水和輸送具有高粘度的液體。英國的Hidrostal Process Engineering Ltd 公 司首先獲得了這種泵的生產(chǎn)權德國的Hidrostal與KSB公司開發(fā)出了這種泵的系列產(chǎn) 品；英國的Sigmund、日本的久保田、太平洋機工等公司也相繼開發(fā)出了系列產(chǎn)品。 由于螺旋離心泵的用途與結構的特殊性，直到20世紀80年代才見到外國公開發(fā)表的 研究成果，目前國外已經(jīng)有成熟的產(chǎn)品，德國、美國、日本英國的公司已經(jīng)相繼開發(fā) 出了這種泵的系列產(chǎn)品。但其中關于他們的文章大多數(shù)都是產(chǎn)品介紹，而有關泵的研 究和設計方面的文章是很少見的。 國外關于螺旋離心泵的實驗研究較多。田中和博等采用透明的有機玻璃蝸殼,對 螺旋式離心泵輸送高粘度液體的性能進行了試驗研究,發(fā)現(xiàn)在葉輪輪毅處存在大量的 回流；依藤等人采用油膜法進一步詳細的觀察了泵的內部流動狀態(tài),得出螺旋離心泵 同普通離心泵一樣輸送效率較高的結論閱。YouTaek KIM等研究了頭部間隙對輸送 汽液兩相流的螺旋離心泵性能的影響,并給出了解釋,同時觀察 了輸送汽液兩相流時 螺旋離心泵葉輪內部的物理現(xiàn)象,并說明了壓力分布和流動形式對汽液兩相流泵性能 的影響。 峰村等人采用有限元法對內部三維流動進行了三維計算,同時分析了氣泡及 固 體微粒在泵內的運動,建立 的三維勢流模型能用于分析內部流動狀態(tài)和預測 泵 的 性能比。韓海、田中等人考慮了螺旋離心泵葉輪和蝸殼之間的相互作用，用有限體積 法對于二者的內部流動同時進行了數(shù)值模擬，并與實驗結果進行了 比較,發(fā)現(xiàn)此種數(shù) 值計算方法與實驗更相吻合。 葉輪的不對稱性使人們非常重視螺旋離心泵的軸向力和徑向力的研究?；牟⒌热?研究了三種螺旋型葉輪的軸向受力問題,并探討了減少軸向力的方法。田中等人同時 探討了螺旋式葉輪徑向力的變化規(guī)律,為合理設計軸的強度和選擇軸承提供了有參考 價值的數(shù)據(jù)。 （三）螺旋離心泵的國內研究現(xiàn)狀 國內對螺旋離心泵的設計研究起源于20世紀90年代，朱榮生、關醒凡根據(jù)多年 的研究成果提出了一套確定螺旋離心泵葉輪幾何參數(shù)的經(jīng)驗公式，并且用運包角變換 法對葉輪進行了繪形，以此用于產(chǎn)品開發(fā)；陳宏勛、朱榮生認為與普通離心泵一樣， 螺旋離心泵的設計關鍵主要在葉輪，而葉輪的設計關鍵則是要找出葉輪結構參數(shù)與螺 旋離心泵性能參數(shù)之間的定量關系，這種定量關系的建立需要從理論和實踐兩方面入 手，他們以兩種不同的方法對葉輪的結構參數(shù)進行了定義，并在此基礎上提出這些結 構參數(shù)的確定方法；厲浦江介紹了螺旋不堵塞泵的葉輪、泵體的設計方法，并通過實 例對設計方法進行了驗證、劉自貴等介紹了國外螺旋離心泵的科研概況以及他們所做 的變速運行結果，提出了較為實用的設計方法；趙天成等介紹了在兩相流泵設計中兩 相流動的最低極限速度的選擇與確定原則，討論了固體顆粒對葉輪泵殼內流動特性的 影響，提出了兩相流泵最經(jīng)濟輸送范圍下所具有的最佳重量濃度；何希杰、勞學蘇提 出了螺旋離心泵葉輪葉片工作面和負壓面空間曲面方程和具體的水力設計方法，對于 螺旋離心泵的研究和設計具有實際意義。李仁年等人從理論上分析了螺旋離心泵各種 性能之間的關系，提出在設計螺旋離心泵時應綜合考慮各種因素，以滿足不同應用的 要求。 我國的螺旋泵新技術產(chǎn)品開發(fā)起步較晚，1988年LLB螺旋離心泵的研制成功尚屬 國內首次，新產(chǎn)品通過專家鑒定，并在多行業(yè)進行了幾年的生產(chǎn)應用推廣，取得了顯 著的生產(chǎn)效果與經(jīng)濟效益。 1989年為湖南、廣西兩個造紙廠提供LLBl50150型泵3臺，用于粗、細紙漿的 輸送。1992年為廣東普寧海藻工業(yè)公司和青島黃海海藻工業(yè)公司分別提供LLBl50-100 型泵17臺和13臺，用于浸泡海帶、麒麟菜及其消化膠液的輸送。在連續(xù)幾年的生產(chǎn) 應用中，兩種泵均性能穩(wěn)定，工作可靠，未曾發(fā)生纏繞與堵塞故障，并且與原用泵相 比，輸送效率高、耗能低，在節(jié)電(30一50)、減輕勞動強度、降低成本和提高生 產(chǎn)功效等方面取得了良好的生產(chǎn)效果。 實驗研究方面 , 陳仰吾等分析了8 0 L LW型螺旋離心泵吸入口段、螺旋形蝸室、 出口段多斷面測試結果,論述了螺旋離心泵的流動特性。郭天恩等對該型號螺旋離心 泵的性能、可通性、水流特性及抗汽蝕特性進行了試驗,指出了螺旋離心泵的優(yōu)缺點 及相應的結構改進措施；郭乃龍、關醒凡等對螺旋離心泵葉輪、進水節(jié)和進水節(jié)與蝸 殼交界處的部分端面做了表面油膜油點試驗。通過流譜分析, 揭示了表面奇點、分離 線與再附著線等流動特征,研究了螺旋離心泵內部流動規(guī)律,進而提出了改進螺旋離 心泵的設想。王家斌等人介紹了螺旋離心泵葉輪的靜平衡方法,實踐證明該方法簡便 有效階段，本文作者也在螺旋離心泵CAD及內部流場特性方面開展了研究工作。 螺旋式離心泵葉輪制造難度較大,平衡困難,且該種泵輸送的是兩相流體 (或多 相流體)。由于兩相流體的復雜性,也為螺旋式離心泵的研究增加了難度。 （四）螺旋離心泵葉輪及其型線的研究方法與成 離心泵的葉輪是泵的重要元件，甚至可以說是離心泵的心臟部位，離心泵性能的 好壞很大程度上取決于葉輪設計是否合理，而離心泵葉輪進出口之間的葉片形狀對葉 輪的水動力特性具有決定性的影響。對于輸送固液兩相的螺旋離心泵來說，如果其型 線設計不當，不僅會影響葉輪的水動力特性，而且還會因固體顆粒對葉片的磨損過重， 使得葉輪的壽命大大縮短，或使泵的性能達不到預期的性能，因此螺旋離心泵的葉片 型線設計就顯得尤為重要。 螺旋離心泵葉輪葉片型線，即葉片工作面和背面的輪廓線，目前大多采用一段或 者兩段以上的圓弧、對數(shù)螺旋線或漸開線等。 1928年，A布斯曼(ABusemann)刨較早的在離心泵上采用對數(shù)螺旋線型線，1961 年，J赫比奇在模型挖泥泵特性一文中，通過實驗指出采用對數(shù)螺旋線型葉片 的葉輪，其輸送清水和漿體時的效率均高于漸開線型葉片葉輪，目前渣漿泵葉輪葉片 型線設計中，比較廣泛的采用對數(shù)螺旋線。何希杰等人提出了螺旋離心泵葉輪葉片工 作面和負壓面空間曲線的螺旋線方程。 關醒凡糾在現(xiàn)代泵技術手冊一書中提出螺旋離心泵的對數(shù)螺旋線型線又分為 等角對數(shù)螺旋線、等變角對數(shù)螺旋線和非等變角對數(shù)螺旋線，三者各有優(yōu)缺點，在不 同的情況下選取不同的型線。 以上葉輪的葉片型線設計都是從幾何的角度出發(fā)來考慮的，對清水介質有其很好 的通過性，但對于固液兩相流來說有明顯的不足之處，遼寧技術工程大學的朱玉才等 人提出采用固液兩相流泵的邊界層理論確定泵的葉片型線，其考慮了固體顆粒這一影 響因素，成為葉片型線設計的一個突破。 可深入研究的方向： (1)現(xiàn)有的螺旋離心泵葉輪幾何參數(shù)的選擇和計算大都采用了關醒凡在現(xiàn)代泵 技術手冊一書中提出的經(jīng)驗公式，而并沒有象離心泵那樣的精算公式，因此希望通 過數(shù)值模擬、推導等方法找到一個較為精確的計算螺旋離心泵葉輪幾何參數(shù)的公式； (2)現(xiàn)有的等螺距葉輪型線方程是根據(jù)葉輪結構特征推導的，但是螺旋離心泵主 要是用來輸送固液兩相流的，在葉輪設計時如能考慮固液兩相流動的影響因素，推導 出的螺旋離心泵葉輪葉片型線方程則更為合理； (3)目前，所設計的螺旋離心泵葉輪大多等螺距的，但是，由于螺旋離心泵葉輪 內水流狀態(tài)的復雜性，等螺距螺旋線葉片的規(guī)則葉輪已經(jīng)難以滿足螺旋離心泵優(yōu)良水 力性能的需要。因此，希望找到變螺距螺旋線的螺旋離心泵葉片型線參數(shù)方程，并建 立變螺距螺旋離心泵的三維模型； (4)運用Fluent軟件對變螺距的螺旋離心泵進行固、液兩相數(shù)值模擬，探討葉片 螺距變化的不同方式對葉輪內壓力分布、速度分布、固相濃度分布等的影響規(guī)律，找 出與等螺距螺旋離心泵的區(qū)別。 （五）螺旋離心泵的設計 螺旋離心泵過流部件的設計是整個螺旋離心泵設計的關鍵,關系到泵的性能和壽 命。 目前螺旋離心泵的水力設計方法主要有兩種。一是經(jīng)驗統(tǒng)計速度系數(shù)設計 法。這種方法是以國內外大量實踐及資料為依據(jù),利用清水泵的有關公式為基礎,以系 數(shù)形式作若干修正形成的設計方法。這些系數(shù)反映了工作介質的影響。這種方法雖然 在理論上并不完善,但實用性強,在有豐富經(jīng)驗和足夠資料的條件下往往可取得良好 的效果,因此得到廣泛應用。張玉新等提出了一種適用于低比轉速螺旋離心泵的無過 載設計方法。劉彥春采用加大流量設計法設計了低比轉速螺旋離心泵,分析了主要幾 何參數(shù)對螺旋離心泵性能的影響,推薦了合理的結構參數(shù)。 二是應用固液兩相流理論進行設計。70年代中期,蔡保元提出了兩相流畸變速度 設計法。把固體作為水流運動的動邊界條件,并指出按此方法設計的螺旋離心泵的性 能特點，對推動固液泵的兩相流理論和設計方法的研究起到了積極作用。8 0 年代末, 以清華大學許洪元為代表提出了兩相流速度比設計法,主要考慮了兩相速度之間的變 化規(guī)律,可有效地轉換能量，該方法是對固液泵水力設計新的突破 ，具有廣闊的推廣 應用前景 同時,顧廣運、崔巍等也應用固液兩相流理論進行了螺旋離心泵設計,取得了較好 的成果。 除了水力設計之外,螺旋離心泵的結構設計和研究也很重要。例如在結構上使其 易損件容易更換,在離心 葉輪上采用背葉片減小對密封的磨損,為防堵塞采用 開式 葉輪等。Aleksander.S.Roudnev探討了不同形狀的蝸殼對螺旋離心泵性能的影響及在 設計中應考慮的問題,并應用到兩種大功率的螺旋離心泵設計當中,取得了良好的效 果。秦愛義介紹了正確設計螺旋離心泵蝸殼隔舌的方法,提高水泵的效率與性能,并減 輕了汽蝕。 （四）現(xiàn)代流動顯示技術的應用 數(shù)值模擬的結果最終要與試驗結果相比較，才能檢驗數(shù)值計算方法的正確與否。 近年來，隨著芯片技術、激光電子技術和計算機技術的飛速發(fā)展，流體力學測試技術 也有了質的飛躍。高速攝影技術、PIV和PSP等流動顯示技術在世界范圍內獲得了普 遍的認可，在水泵領域的應用也逐漸得到開展。 相比離心泵內部流場的傳統(tǒng)研究方法，新的流動顯示技術具有高精度、快響應、非接 觸的優(yōu)勢。在將對流場的影響降到最低的情況下，既能定性地顯示流場，又能定量地 測量速度、溫度和密度等參數(shù)；既可用于低速，又可用于高速流動，很好的滿足了工 程的迫切需要，是很有發(fā)展前途的流動顯示技術，也為測試螺旋離心泵內部三維非定 常的復雜流動提供了新的先進實驗手段。 審 核 意 見 指導教師評閱意見（對選題情況、研究內容、工作安排、文獻綜述等方面進行評 閱） 簽字： 年 月 日 教研室主任意見 簽字： 年 月 日 學院教學指導委員會意見 簽字： 年 月 日 公章：