Page 73 - 2023年第54卷第12期

下，方案二和方案三的叶片工作面固相速度大的区域相对较小。因此，方案二和方案三得到的叶片表
面固相速度分布较优。
图 １８为额定工况下叶轮前后盖板叶片流线上固相速度分布。由图可知，额定工况下，各方案在前后
盖板流线上速度分布趋势基本相同。相比于原泵叶片上的固相速度分布，在前盖板流线上，３种优化方
案得到的固相速度相对有所减小，在叶片前盖板流线背面的后部和工作面上均有减小；而在后盖板流线
上，３种优化方案得到的固相速度在工作面的前部和中部有所减小。因此，相比于原泵，３种优化方案得
到的叶片表面固相速度有所减小，这也导致 ３种方案得到的叶片表面磨损率减小，磨损性能得到提高。

图 １８ 额定工况下叶轮前后盖板叶片流线上固相速度分布

综上，通过对各方案的叶片压力、固相体积分数和固相速度等固液两相流流场特性进行对比分
析，方案二和方案三具有较优的叶片压力、固相体积分数和固相速度分布特性。这也是方案二和方案
三叶片磨损较小，磨损性能较优的原因。

６ 结论

基于反问题设计方法，通过 ３种不同的叶片载荷分布加载方案对离心泵水力性能、叶轮磨损特性
和固液两相流流场特性的影响研究。主要结论如下：（ １）相比于其它方案，前后盖板均偏中加载方案
得到的离心泵具有较优的水力性能。（ ２）随着流量的减小，前后盖板均偏中加载方案得到叶片的最大
磨损率相比于原叶片相对减小 ２５％～７３％；其中，小流量工况 ０．６Ｑ下，前后盖板均偏中加载方案的最
ｒ
大磨损率减小 ７３％；额定工况 １．０Ｑ下，减小 ６１％；大流量工况 １．４Ｑ下，减小 ２５％。前后盖板均偏中
ｒ ｒ
加载方案明显减小了叶片的磨损率，提高叶片的磨损性能。因此，前后盖板均偏中加载方案可以明显

减小叶片的磨损率，提高叶片的磨损性能。（ ３）对于叶片上固相体积分数分布，在小流量工况下，前
后盖板均偏中加载方案和前后盖板均偏后加载方案叶片表面的固相体积分数较小；对于叶片表面固相
速度分布，在额定流量工况下，前后盖板均偏中加载方案和前后盖板均偏后加载方案的叶片工作面固
相速度大的区域相对较小，固相速度大小也有所减小，得到的叶片表面固相速度分布较优。（ ４）对于
中比转速离心泵来说，减少叶片磨损，提高水力性能的较优载荷加载方法为：前后盖板载荷分布三段线中
直线段斜率均为正，大小约为 １；前后加载点分别位于流线 １?３和 ２?３处，大小为 １．０～１．５。

参 考 文 献：

［ １］ 王福军．我国大型灌溉泵站的技术现状与发展趋势［Ｊ］．中国水利，２００９（２３）：１９ － ２１，３８．

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