立式自吸离心泵动密封影响因素研究

为了研究自吸泵副叶轮几何参数及平衡孔位置对副叶轮密封能力的影响,根据实际工程应用选取副叶轮不同结构叶片形式、叶片个数以及排气孔大小3个因素,每个因素选取3个水平变量,按L₉(3³)正交试验方案,设计了9组自吸泵副叶轮密封结构方案。通过CFD数值计算方法对自吸泵的全流场进行三维数值分析,采用RNG κ-ε湍流模型和多重参考系的雷诺时均N-S方程,获得影响副叶轮密封能力的3个因素的最优匹配关系,并结合试验结果进行分析。结果表明：在满足自吸泵动力密封的情况下,副叶轮叶片结构形式对自吸泵密封能力影响较大,其次是副叶轮叶片个数及排气孔大小。同时发现,在副叶轮密封腔上开设排气孔可以明显缩短自吸泵的自吸时间。通过正交试验方案对比,自吸泵副叶轮动力密封设计时采用径向型直叶片结构形式、选取合适的叶片数并配合密封腔排气孔,可以使动力密封结构具有良好的密封能力并有效提高自吸泵的性能。     

叶片进口几何参数对离心泵磨损规律的影响

基于Mixture多项流模型和标注k-ε湍流模型,壁面处设置成无滑移壁面条件,运用Fluent软件对某双吸离心泵的全流道进行固液两相流的数值模拟。分析了离心泵进口处的固体颗粒的体积分数、固体颗粒的直径对离心泵叶片进口磨损的影响,并且在原叶轮的基础上对叶轮进行改进。研究表明,在一定范围内,减小叶轮中间流线处进口安放角可以改善叶轮的抗磨损性能,并且改变叶轮进口安放角对离心泵的扬程、效率的影响不大;叶片进口工作面的磨损量大于相同位置叶片背面处的磨损量,且叶片进口的磨损量从前盖板至后盖板呈递减趋势;随着颗粒直径的增加,叶片进口工作面的磨损加剧而叶片进口背面处的磨损减轻。     

贯流泵叶轮的模态分析

贯流泵在我国的应用越来越广泛,但因贯流式装置采用的是轴流式的叶轮,叶片是悬臂结构,叶片经常受到各种稳定和非稳定的水流激振力及变化的离心力的影响,使得叶片产生振动,尤其是当激振力的频率与结构的固有频率相同或相近而发生共振时,极易产生疲劳破坏,对其安全运行造成重大威胁。本文基于有限元法,分别对竖井式贯流泵叶轮在空气和水中的模态进行分析,求得叶轮在两种介质中的前6阶固有频率和振型。结果表明,叶轮在水中的固有频率低于空气中的,且水介质对叶轮的附加质量对叶轮结构各阶固有频率的影响不同。     

离心泵叶轮进口处泥沙磨损的数值研究

采用Fluent软件对某大型双吸离心泵内流流场进行数值模拟,通过监测和计算泵在输送清水和含沙水时叶轮流道内叶片进口处的径向速度来分析对叶片的磨损强度.分析结果表明:随着沙粒浓度的增大叶片进口处磨损强度增大;小流量工况时,叶片进口处靠近吸力面附近有回流;大流量工况时,叶片进口处靠近压力面有回流;回流强度越大磨损强度越大,同时沙粒粒径也是影响磨损的重要因素,沙粒粒径减小,磨损强度减小。     

双吸离心泵的性能分析及优化

针对国内某厂生产的双吸泵,利用CFD软件对其内部流畅进行数值模拟,依据一元理论对叶轮的水力设计进行检查.发现影响泵效率的原因是叶轮进口较强的漩涡,在不改变原叶轮设计的基础上提出切割叶片进口边的优化方案.方案实施后,效率点比原设计向大流量方向偏移,最高效率提高了5.61%,基本达到了优化的目的.     

在机测量技术对叶轮加工精度的影响

为提高叶轮整体加工精度,本文引入在机测量技术,以SurfMill为编程软件编制了在机测量机床找正及工件摆正、检测程序。将叶轮加工分解为流道开粗、流道精加工、叶片半精加工及精加工四个工序并编制了相应的刀具路径。DT编程模拟加工检验结果表明,刀具路径合理,无过切或碰撞现象产生。经过实践检验,以侧铣模式对叶轮流道进行开粗相较于传统的五轴曲线加工效率提高至50%,对流道与叶轮连接处单独以五轴叶轮加工的模式进行清根效果较好,以侧铣模式对叶轮叶片进行半精加工及精加工,叶型误差为0.036 0mm,达到叶轮叶片的加工技术要求,为五轴叶轮加工工艺方法提供了参考。     

诱导轮叶片数对超高速泵性能影响的研究

针对航空航天领域的一台超高速泵(38 500r/min),基于SIMPLEC算法,采用雷诺时均Navier-Stokes方程和RNGk-ε湍流模型,对带诱导轮和不带诱导轮两种结构下的流动进行三维湍流数值模拟,分析其在各工况下的内、外特性,就诱导轮叶片数对超高速泵性能的影响进行探讨。结果表明,添加诱导轮可以改善泵的性能及流动状态;Z3时,增加叶片数可改善诱导轮内的流动状态,提升诱导轮的水力性能,提高叶轮的汽蚀能力,使泵的整体性能逐渐上升;而当叶片数继续增加,泵的扬程虽然继续上升,但功率增大,效率下降,叶轮的汽蚀性能逐渐下降。诱导轮叶片数为3枚时,诱导轮内流动情况最优。Z=2时泵的整体性能最好。     

大型离心泵转子动力学分析

采用Fluent软件对某大型双吸离心泵内部流场进行数值模拟,计算得出不同流量下叶轮所受径向力,作为叶轮转子有限元分析的边界条件.应用ANSYS Workbench软件对离心泵叶轮转子进行模态分析,得到四阶固有频率和振型;加载径向力载荷后,不同流量下叶轮转子产生形变,其中0流量和0.4 Q0流量时泵密封环处形变量超出密封间隙设计值,为泵的密封环间隙的设计和修改提供了参考依据.     

不同静叶出口角下油气混输泵内部三维流场的数值模拟

利用Fluent软件对油气混输泵单个压缩级和次级动叶轮组成的流场进行定常模拟,得出其内部压力场、速度场及不同工况下整机效率及相对扬程曲线.结果表明,静叶出口角的选取对首级叶轮叶片工作面和次级叶轮叶片背面的流动影响较大,选取小静叶出口角有利于改善泵内部流场分布状况,提高泵的增压能力和效率.     

切线泵全三维湍流数值模拟

借助ANSYS12.0软件,选择标准κ-ε模型和标准壁面函数对双级切线泵在设计工况进行了三维湍流数值模拟,分析了叶轮、蜗壳内流体的流动规律,指出切线泵相邻叶片之间存在明显的强制涡,直叶片进口处存在明显的冲击损失。蜗壳内流动在隔舌处存在明显的速度变化,产生很大的冲击损失,是引起震动和噪声的主要因素。     

导叶叶片出口角对核主泵性能的影响

以核反应堆冷却剂泵为研究对象,探讨导叶叶片出口角对核主泵性能的影响。首先选取三个核主泵,在只改变导叶叶片出口角的情况下,构建新的导叶和核主泵,通过数值模拟预测核主泵性能,并分析导叶叶片出口角变化前后核主泵性能参数及内部流场的分布情况。结果显示:对于所选取的三个核主泵,当导叶叶片出口角减小后,核主泵的效率最低提高0.66%,扬程最低上升0.15m。其次,采用方格网保角变换法设计导叶叶片骨线时,相对于骨线的形状,叶片出口角对核主泵性能的影响更大;但是在方格网中,当叶片骨线为直线时,导叶内部的压力和速度比叶片骨线为曲线时变化更加均匀。另外,导叶可以将流体动能转化为压力能,同时又起着导流作用将从叶轮流出的液体导入蜗壳,但是导叶提供给蜗壳的流体的参数对核主泵性能参数的影响更大,为导叶的后续研究提供了参考依据。     

螺旋轴流式多级泵内部压力脉动特性分析

为探究动静干涉对螺旋轴流式多级泵内部的压力脉动特性的影响,基于CFX软件,选用RNG k-ε湍流模型对螺旋轴流式多级泵进行三维非定常数值模拟,计算了不同监测点的压力脉动情况,并对其结果进行了时域和频域分析。结果表明:不同位置点的压力脉动均呈现周期性变化,其周期为叶轮叶片数,而导叶叶片数对压力脉动影响较小;压力脉动主频几乎都为叶频及倍频,叶轮与导叶之间动静干涉对压力脉动起主导作用。随着工况的改变,各个位置的频率成分几乎保持不变,压力脉动幅值大小有一定的变化。     

透平机械叶片排序的一个实用算法

根据透平机械的转子每一级叶片的特点,本文提出一个其叶片排序的实用算法.按照这算法,只要把若干对左右位置、上下位置的叶片互换,就会得到很小的叶轮总合力矩.且算法简便,编制程序简单,适合在微型计算机上运行.     

贯流泵压力脉动测试信号的采集及处理分析

结合南水北调东线工程金湖站贯流泵装置,采用基于LabVIEW的压力脉动测试方法对叶轮和导叶内水流的压力脉动进行测试,对压力脉动信号进行幅域、时域和频域三方面的分析处理,据此提出机组投运早期尽早测量叶片固有频率等减小压力脉动的措施,有利于贯流泵性能的提高.     

直升飞机钛合金轴流叶轮热流变成形过程的热力学分析

航空工业部某公司所生产的直升飞机钛合金轴流叶轮,长期以来,采用法国工艺路线生产,即从法国进口材料.然后改锻成大余量模锻件,再用四座标铣床切削加工.模锻件被切削余量大,材料利用率低,加工周期长,费用高,特别是叶片部位的金属流线被切断.影响了产品使用寿命.为了取代法国的工艺路线,提高产品的机械性能和使用寿命,我们采用热流变成形方法,自已设计和制造了一套热流变成形模具,该模具带有加热炉和控温装置,在等温状态下一次成形出具有小余量的毛坯叶轮. 本文基于热力学第一和第二定律,对该叶轮的成形过程进行了热力学分析,导出了成形得以进行的充分与必要条件,并进行了实验验证。通过对热流变成形方法生产的叶轮产品切片取样后,进行了机械性能检测,硬度测量,低周疲劳试验以及化学成份分析,其结果符合我国目前的验收标准,其中机械性能指标全部较大幅度地超过了法国标准,伸长率(δ%)和断面收缩率(φ%)尤为突出,优于验收标准的48%或121%不等. 本文从理论上和实践上说明了热流变成形的优越性和在工程上的广阔的应用前景。     

基于正交试验的双流道泵叶轮优化设计与试验

为了提高双流道泵的水力性能,实现叶轮与蜗壳的最优匹配,以双流道泵为研究对象,选择控制叶轮流道中线的前盖板圆弧R₁、后盖板圆弧R₂、平面流道中线包角ψ和系数m为设计因素,每个因素取3个水平,应用正交试验法设计9组试验方案。利用CFD软件对设计的9副叶轮进行数值优化,以扬程、效率作为方案评价的指标,通过极差分析得到最优方案;通过对比分析原始模型与优化模型的内部流动情况,验证优化方案的有效性。结果表明：额定工况下,优化后泵的扬程较原始模型提高0.59 m、效率提高了5.4%;大流量工况点,优化后扬程和效率提升更加明显;包角ψ和后盖板圆弧R₂对泵的性能影响较为明显;通过对比分析额定工况下优化前后水泵中间截面流线发现,优化后的叶轮与蜗壳匹配更合理,蜗壳中的水力损失明显减少。     

快堆二回路钠泵空化性能预测与分析

快堆二回路钠泵的空化性能是影响四代核电安全运行的关键因素。为确定不同工况下,预测快堆二回路钠泵空化性能更准确的空化模型,并为其空化性能的提升提供重要参考,采用RNGk-ε湍流模型及Zwart-Gerber-Belamri和SchnerrSauer空化模型,对0.3qd~1.2qd流量范围内的5个工况点进行非定常数值计算,分析不同工况下更准确的空化模型对应的内流场。结果表明:扬程突降前,设计工况和大流量工况,扬程计算值大于试验值,小流量工况相反,设计工况误差最小。随着流量增大,临界空化余量先减小后增大;扬程与临界空化余量的预测值:设计工况附近,SchnerrSauer空化模型更接近试验值,远离设计工况时,Zwart-Gerber-Belamri空化模型更接近试验值。空化域越靠近叶轮出口,对流场参数影响越大;空化发生在叶片工作面,扩散速度比发生在背面大的多;流量越大,空化对流场参数的影响越大。     

离心叶轮内部流动的数值模拟研究

为研究半开式叶轮叶顶间隙对其外特性及内部流场的影响,采用六面体结构化网格对模型进行网格划分,采用标准k-ε湍流模型和雷诺时均N-S方程对叶轮内部流动进行数值模拟。通过分析外特性曲线发现,叶顶间隙在一定范围变化时,间隙值的变化只影响叶轮的升压能力,对效率的影响不明显。通过对内流场的分析发现,由于叶顶间隙的存在,导致半开式叶轮内部从叶轮入口至叶轮出口存在泵前回流,回流与主流相互干扰,在叶轮入口处形成漩涡。随着叶顶间隙值的增大,回流对主流的干扰更加明显,导致叶轮内部流动恶化。     

高温精密锻压模的设计

新设计了能耐1000℃的高温精密锻压模具,可锻压成形钛合金材料的叶轮以及其他各种钢材精密锻件。本文着重阐述钛合金叶轮的精密锻压模的设计,     

诱导轮对航空燃油离心泵性能影响的研究

目前,对诱导轮对航空燃油离心泵的性能影响认识不足,针对此问题,设计了等螺距和变螺距两种形式的诱导轮,对其进行数值研究。在数值计算过程中,对采用等螺距诱导轮、变螺距诱导轮和不采用诱导轮三个模型在0.6Q、0.8Q、1.0Q、1.2Q、1.4Q五种工况下进行数值模拟,得到了外特性曲线以及泵内流场速度、压力分布。分析结果表明:在燃油泵主叶轮前添加诱导轮,可以小幅度提升泵扬程,较大程度提高泵的效率,相比于等螺距诱导轮,变螺距诱导轮的改善效果更好;添加诱导轮后,主叶轮入口流动情况得到改善,尤其在大流量工况下,低压区的分布减少,诱导轮对泵内流动的影响主要在叶轮进口处。