幾何模型和數(shù)值模擬幾何模型由于考慮到超低比轉(zhuǎn)速BB4型多級離心泵葉輪切割后對性能的影響因素較多，無法準(zhǔn)確說明徑向?qū)~式壓水室葉輪切割后的性能變化，故本文選取首級葉輪單獨作為研究對象。本文采用Pro/E三維軟件對吸入段、葉輪、導(dǎo)葉和導(dǎo)葉的延伸段進(jìn)行三維建模，幾何模型如圖1所示。本文以某型號的BB4型多級離心泵為研究對象，采用切割首級葉輪的方法來研究葉輪切割后對性能的影響。模型泵的設(shè)計參數(shù)為:葉輪外徑D2=200mm，葉片數(shù)Z=6，正反導(dǎo)葉葉片數(shù)均為4枚,流量Q=7m3/h，單級揚程H=50m，轉(zhuǎn)速n=2950r/min，比轉(zhuǎn)速ns=25.3。數(shù)值模擬本文采用PumpLinx軟件進(jìn)行定常數(shù)值計算，為了數(shù)值模擬更加準(zhǔn)確，采用PumpLinx軟件中的擴展模式（ExtendedMode）進(jìn)行數(shù)值分析，壁面粗糙度設(shè)置為25um，收斂精度設(shè)置為10-5，網(wǎng)格采用PumpLinx軟件內(nèi)置的基于二叉樹算法的笛卡爾網(wǎng)格技術(shù)生成。由于模擬時忽略了泄漏損失、軸承、機械密封處的機械損失，故模擬后的效率值偏高，但并不影響葉輪切割后性能的變化趨勢。切割參數(shù)和切割指數(shù)葉輪外徑的切割參數(shù)蔡禮權(quán)2009年在陜西科技大學(xué)學(xué)報發(fā)表的《IS50-32-200型離心泵葉輪切割研究》給出的離心泵葉輪允許切割量與比轉(zhuǎn)速的關(guān)系如表1所示。本文根據(jù)表中給出的最大切割量為20%的范圍內(nèi)進(jìn)行了6次切割，切割參數(shù)如表2所示。切割指數(shù)的預(yù)測一般低比轉(zhuǎn)速離心泵葉輪的切割定律為：式中：Q，Q’：為切割前后的流量；H，H’：為切割前后的揚程；P，P’：為切割前后的功率。對于超低比轉(zhuǎn)速離心泵來講，葉輪切割前后的出口速度三角形不在保持相似。因此，對于超低比轉(zhuǎn)速離心泵利用切割定律來切割葉輪會產(chǎn)生很大的誤差。本文通過葉輪切割后的性能變化來反推切割指數(shù)，假設(shè)葉輪切割后的揚程和功率的切割指數(shù)分別為a,b。如（1）式所示：兩邊同時取對數(shù)為：則有：計算結(jié)果及分析切割葉輪外徑對效率的影響由圖2可以看出，切割量較小時，泵的效率稍有提高；隨著切割量的增加，效率下降，切割量越大，效率下降越明顯，高效點向小流量方向偏移。圖2不同葉輪外徑時的流量-效率曲線超低比轉(zhuǎn)速離心泵葉輪流道長而窄，致使圓盤摩擦損失和流道內(nèi)的流動損失較大，而圓盤摩擦損失與葉輪外徑的5次方成正比。圓盤摩擦損失隨著葉輪外徑的減小而減小。所以在葉輪切割量較小時，機械效率升高的程度大于水力效率下降的程度，因此泵的效率稍有升高。隨著切割量的增加，效率顯著下降的原因由以下幾點：1.隨著切割量的增加，葉輪和導(dǎo)葉之間的徑向間隙增大，葉輪出口和導(dǎo)葉入口之間形成一定厚度的液流環(huán)，同時隨著切割量的增加，葉輪對流體的控制能力隨之減弱，間隙處的液流環(huán)消耗能量，導(dǎo)致?lián)p失增加。所以在徑向?qū)~式離心泵切割量較大時，只切割葉片，而不車削前后蓋板，以保持葉輪外徑與導(dǎo)葉之間的間隙對液體的引導(dǎo)作用。2.在設(shè)計工況下，葉輪出口流速的大小和方向與導(dǎo)葉進(jìn)口流速的大小和方向有較好的一致性，隨著切割量的增加，葉輪和導(dǎo)葉的匹配性被破壞，葉輪出口和導(dǎo)葉入口之間的沖擊損失增加，效率降低。3.隨著葉輪外徑的減小，葉片變短，流道內(nèi)的擴散損失增加，從而導(dǎo)致效率下降。切割葉輪外徑對揚程和功率的影響由圖3和圖4可以看出，隨著葉輪外徑的減小，揚程下降很明顯，功率也隨著切割量的增加而減小。圖3不同葉輪外徑時的流量-揚程曲線圖4不同葉輪外徑時的流量-功率曲線切割葉輪外徑對小流量工況的影響本文對小流量工況（Q=4m3/h，Q=5m3/h，Q=6m3/h）進(jìn)行模擬時，發(fā)現(xiàn)隨著切割量的增加，效率呈先上升后下降的趨勢，最大升量為3.1%。如圖5所示。圖5小流量工況不同切割量下的效率曲線當(dāng)偏離額定流量點在小流量工況運行時，葉輪出口的絕對速度增大，而導(dǎo)葉內(nèi)流速較低。所以，在小流量工況時葉輪出口流速的大小和方向與導(dǎo)葉入口流速的大小和方向相差較大，造成沖擊損失，消耗能量。隨著切割量的增加，葉輪和導(dǎo)葉之間的徑向間隙增大，葉輪出口和導(dǎo)葉入口之間形成一定厚度的液流環(huán)。當(dāng)切割量較小時，形成的液流環(huán)對葉輪出口的高速流體有一定的緩沖作用，致使沖擊損失減小，效率有上升的趨勢。切割葉輪外徑對內(nèi)部流場的影響圖6為設(shè)計流量點（Q=7m3/h）在不同葉輪外徑下的靜壓云圖，從圖6可以看出隨著切割量的增加，葉輪內(nèi)部的靜壓分布基本相似，切割量的增加對葉輪進(jìn)口部分的影響很小，低壓區(qū)變化不明顯，對葉輪出口部分的影響較大；隨著切割量的增加，導(dǎo)葉的壓力分布變化很明顯。在相同的葉輪半徑處工作面的壓力高于背面的壓力。圖6不同葉輪外徑下設(shè)計流量點（Q=7m3/h）的靜壓云圖從靜壓云圖可以看出，當(dāng)切割量超過5%時，導(dǎo)葉擴散段的壓力明顯降低。其主要原因是隨著切割量的增加，高效點向小流量方向偏移，此時設(shè)計流量點（Q=7m3/h）屬于大流量點，而擴散段的流速和流量成正比，所以流速增加，壓力下降。切割指數(shù)的計算葉輪外徑經(jīng)過6次切割后，得到了每次切割后高效點的揚程和功率值。通過（3）式計算出a和b的值，如表3所示。取掉最大值和最小值計算其平均值，得到a=2.8,b=4.4?？偨Y(jié)本文通過數(shù)值計算的方法對超低比轉(zhuǎn)速BB4型多級離心泵首級葉輪外徑切割進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，結(jié)果表明：1.隨著葉輪外徑的減小，泵的揚程和軸功率都有所下降；在切割量為1%時，效率略有升高，效率隨著切割量的增加而下降，并且隨著切割量的增加高效點向小流量方向偏移；2.切割量的增加對葉輪進(jìn)口部分的靜壓分布影響很小，變化不明顯；對導(dǎo)葉的靜壓分布影響很大，壓力分布變化很明顯；3.本文通過葉輪切割后的性能變化來反推切割指數(shù)，得到了切割定律中揚程和功率的切割指數(shù)分別為：