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双吸离心泵叶片数及叶轮形式对泵性能影响的多维度解析

一、引言

1.1研究背景

在现代工业、农业以及城市建设的众多领域中，双吸离心泵作为一种关键的流体输送设备，发挥着不可或缺的作用。其凭借单机流量大、结构相对简单、运行稳定性较高等显著优势，被广泛应用于城市供水系统，确保居民和工业用水的稳定供应；在工业循环水领域，保障各类工业生产过程中冷却、加热等环节的正常运行；在农业灌溉方面，为农作物生长提供充足水源，助力农业丰收。例如在大型火电厂中，双吸离心泵用于循环水系统，将大量的水输送到各个冷却设备，保证发电机组的正常运行；在城市自来水厂，双吸离心泵把原水提升并输送到净化设备，经过处理后再输送到城市供水管网，满足居民日常生活用水需求。

然而，不同的叶轮设计会导致泵的性能出现较大差异。叶轮作为双吸离心泵的核心部件，其叶片数及叶轮形式的变化，会对泵的流量、扬程、效率等关键性能参数产生直接且显著的影响。例如，叶片数过多或过少，都可能导致叶轮内部流场的不均匀，进而影响泵的整体性能。叶片数过少，会使叶轮对液体的作用力不足，导致扬程降低，流量不稳定；而叶片数过多，则会增加叶轮内部的流动阻力，降低泵的效率。不同的叶轮形式，如闭式叶轮、半开式叶轮和开式叶轮，其流体动力学特性各不相同，也会导致泵在性能表现上的差异。闭式叶轮效率较高，但对液体的适应性较差；半开式叶轮和开式叶轮虽然对含杂质液体的适应性较好，但效率相对较低。

随着工业生产规模的不断扩大和城市化进程的加速，对双吸离心泵性能的要求也日益提高。一方面，需要更高的流量和扬程来满足大规模工业生产和城市建设的需求；另一方面，对泵的效率和节能性也提出了更高的要求，以降低运行成本和能源消耗。因此，深入研究双吸离心泵叶片数及叶轮形式对泵性能的影响，对于优化泵的设计、提高泵的性能、降低能耗以及推动相关领域的技术进步，都具有极为重要的现实意义。

1.2国内外研究现状

在双吸离心泵叶片数对泵性能影响的研究方面，国内外学者已取得了一系列成果。石宁飞等人以S型双吸泵模型为基础，通过改变叶片的数目获得了四种叶轮水力模型。基于SIMPLEC算法、标准湍流模型和雷诺时均的方程作为流动控制方程，通过FLUENT仿真软件分别对叶片数为4、5、6、7的四种双吸泵模型进行数值模拟。研究发现，随着叶片数的增加，双吸泵的扬程和效率在一定范围内呈现上升趋势，但当叶片数过多时，叶轮的过流面积值过小，排挤系数过大，反而不利于提高泵的性能。另有研究表明，叶片数的变化会影响叶轮内部的流场分布，叶片数较少时，叶轮内部的流动较为紊乱，容易出现回流和漩涡等现象，导致能量损失增加，泵的性能下降；而叶片数较多时，虽然可以使叶轮对液体的作用力更加均匀，但也会增加叶片之间的摩擦阻力，同样会影响泵的性能。

关于叶轮形式对双吸离心泵性能的影响，姚志峰等人对5种方案的叶轮进行压力脉动同台试验，通过在吸水室和压水室壁面布置压力脉动传感器，采集各个测试流量下的压力脉动信号，并进行混频幅值和频谱分析，得到吸水室和压水室的压力脉动分布规律。结果表明，相对于传统双吸叶轮，两侧叶片交错布置后可改善压力脉动特性；调整叶片出口边形状，增加叶片后盖侧的包角，可明显降低压水室叶片通过频率的脉动幅值，减轻动静干涉的危害；采用长短叶片形式可改善叶轮进口流态，降低吸水室的压力脉动，改善小流量工况下压水室的压力脉动特性。不同的叶轮形式还会对泵的效率、扬程和流量等性能参数产生影响。闭式叶轮由于具有较高的密封性，能够有效地减少液体的泄漏，因此效率较高，但对液体的适应性较差，适用于输送清洁、无杂质的液体；半开式叶轮和开式叶轮虽然对含杂质液体的适应性较好，但由于存在较大的泄漏损失，效率相对较低，常用于输送含有固体颗粒或纤维的液体。

尽管国内外在双吸离心泵叶片数及叶轮形式对泵性能影响的研究上已取得一定成果，但仍存在一些不足之处。一方面，现有研究大多集中在单一因素对泵性能的影响，对于叶片数和叶轮形式的综合影响研究较少。在实际工程应用中，双吸离心泵的性能往往受到多种因素的共同作用，因此需要进一步开展综合研究，以更全面地揭示其性能变化规律。另一方面，目前的研究主要侧重于理论分析和数值模拟，实验研究相对较少。实验研究能够更真实地反映双吸离心泵在实际运行中的性能表现，但由于实验条件的限制和实验成本的高昂，导致相关实验研究不够充分。未来的研究可以在综合考虑多种因素的基础上，加强实验研究与理论分析、数值模拟的结合，深入探究双吸离心泵叶片数及叶轮形式对泵性能的影响机制，为双吸离心泵的优化设计提供更可靠的理论依据和技术支持。

1.3研究目的与意义

本研究旨在深入探究双吸离心泵叶片数及叶轮形式对泵性能的影响，揭示其中的内在规律，为双吸离心泵的优化设计提供坚实的理论依据。