流体压力损失法检测电潜泵叶轮缺陷的研究

电潜泵的主要能量损失由水力损失引起.由于铸造工艺的限制,部分铸渣常会驻留叶轮流道造成局部阻塞,使附加水力损失加大,泵效严重降低.采用流体压力损失法研究了叶轮缺陷检测的可能性,在模拟叶轮的实际工况条件下,采用空气作为流动介质,依据附面层理论分析流道阻碍物产生的局部阻力和压力损失,通过流体压力损失法检测叶轮流道结构缺陷.理论分析和实验测量结果表明,该方法快速有效,对复杂小尺寸叶轮机械水力结构的缺陷检测具有一定的启示作用.     

流体压力损失法检测电潜泵叶轮缺陷的研究

电潜泵的主要能量损失由水力损失引起。由于铸造工艺的限制,部分铸渣常会驻留叶轮流道造成局部阻塞,使附加水力损失加大,泵效严重降低。采用流体压力损失法研究了叶轮缺陷检测的可能性,在模拟叶轮的实际工况条件下,采用空气作为流动介质,依据附面层理论分析流道阻碍物产生的局部阻力和压力损失,通过流体压力损失法检测叶轮流道结构缺陷。理论分析和实验测量结果表明,该方法快速有效,对复杂小尺寸叶轮机械水力结构的缺陷检测具有一定的启示作用。     

叶轮出口宽度对离心泵性能及压力脉动的影响

以某型单级单吸离心泵为研究对象,在保证叶轮的进出口安装角、进出口直径等参数不变的情况下,分别设计了五组不同出口宽度的叶轮,依次对各模型进行数值模拟,分析叶轮出口宽度对低比转速离心泵的性能及压力脉动的影响.研究结果表明:随着叶轮出口宽度的增大,扬程、轴功率均有不同程度的上升,效率曲线呈驼峰状,说明叶轮出口存在一个最佳宽度使流动损失最小;增大叶轮出口宽度,流道内脱流现象增强,流道内的堵塞现象减弱,水力损失降低,说明合适的叶轮出口宽度对于减少离心泵能量损失是有效果的;随着叶轮出口宽度的递减,轴频峰值变化明显,呈递增趋势,这表明叶轮出口宽度过窄容易导致流道堵塞,阻碍流态的发展,同时,叶轮出口宽度对离心泵内的压力脉动也具有较大的影响.     

数值模拟及可视化技术在旋转水力机械设计中的应用

以苏州市仙人大港泵站工程为例,对泵站的叶轮、导叶及平面轴伸式流道进行三维立体图形显示,对排涝、引水等不同运行工况下泵站装置全流道三维流场进行数值模拟,并给出了流道中各点流速及压力等物理参量的空间分布.模拟结果以平面、立体相结合的方式展示,直观、逼真.该技术可用于流道型线的优化、结构形式及尺寸的多方案快速比选,并可预测水力机械性能,为旋转水力机械的设计和建设提供决策支持.     

叶轮流道扩散度对超低比转速离心泵性能的影响

以超低比转速离心泵水力模型M23-12.5为研究对象,借助流体动力计算的数值模拟方法,采用RNGk-ε湍流模型封闭时均N-S方程组,在保证叶轮叶片数不变的前提下,通过改变影响叶轮流道扩散度的两个重要因素,即叶片包角和叶片出口排挤系数,来比较分析不同叶轮流道扩散度对超低比转速离心泵外特性参数和内部流场分布的影响.研究结果表明,叶片包角的增大和叶片出口排挤系数减小(叶片厚度变大)都会减小叶轮流道的扩散度,从而减小离心泵的轴功率,提高效率.过大的叶片包角会增大液体与叶片的接触面积,进而增大摩擦损失,使得轴功率增大,效率降低.该结论将为超低比转速离心泵的设计提供参考.     

虹吸式出水流道内流数值计算与水力设计优化

采用有限容积法、非结构化网格和SIMPERC算法,数值模拟了虹吸式出水流道内部三维流动,数值计算的有效性和可靠性得到了物理模型试验结果的验证.通过计算流道关键断面的速度分布均匀度和流道的水力损失,定量评价虹吸式出水流道水力设计的优劣,实现了虹吸式出水流道水力性能预测,依此开展水力设计优化,可节省大量的试验经费和时间.     

双流道叶轮内部三维定常湍流数值模拟

对某双吸离心泵的双流道叶轮内部的定常三维湍流进行了全流道数值模拟以研究其内部流动规律。计算基于Reynolds时均Navier-Stokes方程,采用了标准k-ε湍流模型,压力速度耦合使用SIMPLE算法。计算得到了叶轮进口和水平截面的速度矢量图、叶片压力面和吸力面以及叶轮盖板的压力分布等值线图,并对其进行了分析。结果表明全流道计算可以较好地模拟双流道叶轮的内部流动,尤其是叶轮进出口的流动,并可对泵的外特性做出预估。计算结果有助于深入了解双流道叶轮内部流动机理,指导叶轮的水力设计。     

离心泵一项新技术在我院问世

以往的低比转数离心泵长短叶片均采用对称布置。这种布置导致短叶片相邻的两个流道内通过的流量不相等,造成水流速度不均匀,从而加大了水力损失。为了克服以上的缺陷,我院水机教研室根据叶轮叶片间流道内速度分布的分析及有关三元流动计算所得速度分布的统计,将短叶片偏置。试制成的样机经反复试验,证明本技术是成功的、可靠的,     

轻载型轴流泵的流场分析和叶型优化

在不同工况下,采用商业软件Numeca的Fine/Turbo模块,对包含叶轮、导叶、弯管、喇叭管的轻载型轴流泵进行了全流道的三维湍流数值模拟计算,并在与已有试验数据进行了较好吻合的基础上,对其内部流场进行了详细地数值分析,通过分析轴流泵内部的流动特点,找出了造成原模型流动损失的可能原因,发现由于局部结构设计不合理,流道内产生了漩涡区。针对这一问题提出了改进措施,采用商业软件Numeca的Design3D模块对叶轮叶型压力面和吸力面进行多参数化优化。结果表明,控制压力面、吸力面型线可以有效控制叶片出口处的漩涡,改进后的流道内存在的涡团和流动损失减少,叶轮的水力效和扬程等性能参数相对提高。     

基于速度系数法和型线方程相结合的螺旋离心泵叶轮设计方法

针对螺旋离心泵采用速度系数法和采用型线方程进行设计中所存在的问题,根据螺旋离心泵叶轮结构特点,结合速度系数法设计方法和型线方程的螺旋离心泵设计方法,绘制螺旋离心泵的轴面投影图,检查轴面流道过水断面变化情况,将所绘制的轴面投影图上的所需结构参数值代入型线方程.此方法既避免了采用速度系数法进行水力设计时作图的繁杂和叶轮进出口附近区域流线分点不易确定和难以划分轴截面的欠缺,又避免了型线方程由于没有检查轴面流道过水断面变化情况而可能出现的轴面速度不均匀的情况.通过实例给出了此方法的的具体应用,并绘制出三维型线和三维模型.     

基于离散相模型的电潜泵叶轮磨损数值计算

基于离散相模型结合弹塑性压痕破裂理论对电潜泵叶轮磨损进行数值计算研究,对不同工况下的叶轮磨损进行分析,得到电潜泵叶轮的磨损规律,运用三坐标测量机对实际工作的电潜泵叶轮中存在的磨损情况进行测量,以实现对数值模拟结果的验证。结果表明:叶轮磨损加剧的颗粒粒径临界点是0.06~0.08 mm;磨损最严重的区域位于叶片凹面;转速、颗粒粒径增大均会加剧冲蚀磨损,导致磨损严重的区域由凹面中部的几个零散点向整个面扩展;数值模拟结果与验证结果吻合较好。     

电潜泵叶轮冲蚀磨损的数值模拟及验证

针对同井采注水中电潜泵叶轮出现的冲蚀磨损问题,采用RNG k − e湍流模型和离散相模型,实现对冲蚀磨损的数值模拟。通过对不同粒径和转速条件下叶轮的冲蚀磨损进行分析,得到了冲蚀磨损规律和磨损机理。研究结果表明,叶片凹面中心是最严重的冲蚀磨损区域;转速和砂粒粒径增大都会加剧冲蚀磨损,逐步使冲蚀磨损较严重的区域由凹面中部的一点逐步扩展到整个凹面;0.07 mm 是冲蚀磨损迅速增强的临界点;数值模拟结果与验证结果吻合较好。因此,利用CFD 预测潜油电泵叶轮的冲蚀磨损是可行的。     

基于海上油田低产井回流补液参数优化

在海上油田低产井采用电潜泵举升过程中,电机温度过高将导致烧泵.针对于此问题,首先通过实验确定低产井电机烧泵时间,并通过有限元模拟的方法分析低产井井下流体的流动特征及传热规律,同时提出一种应用于电潜泵的回流补液方法.研究结果表明:在油井产量较低的条件下,流体温度对于电机温度影响不大;由于动液面低于泵吸入口,流体携热能力下降发生烧泵事故,电潜泵泵寿命最少减小为原有的0.21倍;采用回流补液方法后,温度平均降低130℃,电机温度处于安全温度范围内,说明回流装置具有很强可行性;回流通道尺寸在3～4 cm时,回流量最大,相应的电机温度也为各尺寸中最低.     

电动潜油离心泵中气液两相混合物的流动分析

分析了气液两相混合物在电动潜油离心泵叶轮流道内的流动状况，揭示了叶轮内和出口处气液两相的相对滑动和分离现象，给出了气液两相的相对滑动系数与叶轮结构和工况参数的关系式．对于正确设计和选用电动潜油离心泵有一定的理论和实用意义．     

基于正交设计法的潜水泵空间导叶水力优化

运用正交设计法,对井用潜水泵空间导叶进行优化设计,选取潜水泵空间导叶的进口宽度、导叶叶片轴向长度及导叶叶片出口边与导叶场域出口轴向距离,以扬程、效率及轴功率作为评价指标,基于正交设计法设计了9组方案.通过数值计算及极差分析结果表明:导叶叶片轴向长度对潜水泵扬程和轴功率影响显著,导叶进口宽度对潜水泵效率变化较为敏感,保证一定的导叶叶片与导叶场域出口距离能改善潜水泵性能.基于多目标优化设计,可以确定本次研究的最佳方案组合为空间导叶进口宽度25 mm、导叶叶片轴向长度101 mm及导叶叶片出口边与导叶场域出口轴向距离20 mm.通过分析前三级叶轮效率、导叶出口静压及流线分布图看出,优异的空间导叶设计使导叶内部流体状态较好,保证叶轮效率维持较高水平,同时泵内流体保持较好的流动稳定性.     

大排量螺杆泵技术在海上稠油油田的应用

目前海上油田主要以电潜泵为主要的机采手段,但是在稠油油田,电潜泵存在着泵效低的问题,并且对于超稠油电潜泵无法使用。但是目前电潜螺杆泵在海上的应用,主要受限制于排量低的制约,仅能在产量较低的井中应用;并且在海上实际使用的电潜螺杆泵中,实际使用寿命均较短,不能满足海上油田大排量、长寿命的要求。探讨了对电潜螺杆泵泵型、联轴器、减速器等主要部件进行改进,开发出了排量达到200 m~3/d,实际使用寿命超过一年的电潜螺杆泵,并在海上油田成功应用,取得了较好的效果。     

立式自吸泵的研究

介绍了一种叶轮进口朝下,泵进口和吸水管在同一垂直轴线上的新型立式自吸离心泵．该泵的叶轮下方设有一个空气室,用来储存液体,特别适合用在输送腐蚀介质场合替代液下泵工作．文中介绍了这种泵的工作原理、结构及性能．     

基于Fluent/ISIGHT贯流式潜水泵流场与结构优化研究

针对目前潜水泵体积笨重的问题,利用Fluent软件,对贯流式潜水泵进行全流场仿真模拟. 基于CFturbo软件经验叶轮结构,对潜水泵流场特性进行定常仿真分析. 基于ISIGHT优化平台通过CFturbo和PumpLinx实现叶轮结构的参数化建模和仿真过程,针对扬程、效率和轻量化3个优化目标,借助多岛遗传算法进行叶轮结构优化. 优化后结果表明,在额定流量工况下,扬程提升5.1%,水力效率提升2.1%,叶轮直径减小1.9%,不同流量工况下的潜水泵性能总体优于优化前的性能. 根据现场测量的实验数据,在额定流量工况下,扬程误差为0.31%,证明优化结果可靠,效果良好.     

潜油电泵试验台的总体设计

设计了一种大功率、双频率、高精度潜油电泵试验系统,分析了其测试原理,介绍了该系统电源的一次回路设计方法。应用结果表明,以低压真空断路器和空气断路器为中心,设计的低压供电部分,可满足试验系统频繁分和与保护的要求。采用多级测量电流互感器、电压互感器组成的测量系统,测量精度可满足电量B级的需要,使高压柜的设计大为简化。用普通变频器和专用正弦波滤波器、电抗器组成的60 Hz电源,在一定的范围内,可作为潜油电机的试验电源使用。分组设置的液力流程,可满足多种试验泵性能试验的需要。该系统经过3年多的运行表明,试验精度可达B级试验台的要求。