离心泵做透平的叶片弯曲形状分析

为提高液力透平的效率,设计了前弯和后弯2种叶片弯曲形式的叶轮,利用实验、理论和数值计算相结合的方法对离心泵做透平的水力性能进行了研究.分别对后弯式叶轮泵工况、透平工况和前弯式叶轮液力透平工况3种情况的水力性能进行了分析,得到泵工况和2种液力透平工况下外特性曲线的差别,并分析了液力透平各过流部件内部功率损失分布.研究结果表明:泵作透平的外特性曲线与泵的不同,Q-H曲线随流量增加而逐渐增加;2种叶轮形式的液力透平对比中,前弯形叶轮在最高效率点的流量、扬程、轴功率和效率分别比后弯形叶轮高;前弯形叶轮高效点以及高效点之后的流量效率曲线高于后弯形叶轮的流量效率曲线,流量扬程曲线低于后弯形叶轮的流量扬程曲线,2种形式的叶轮轴功率相差不大.液力透平各过流部件功率损失分布表明,前弯形叶轮内部的功率损失的减小是液力透平效率提高的主要原因;对比2种叶片弯曲形状液力透平的流量和扬程系数可知,前弯式叶轮的流量系数和扬程系数均大于同尺寸后弯式叶轮的,因此前弯叶轮更适合于液力透平工况运行.     

高压头小流量低温流体泵的设计与试验

基于低温流体泵的设计理论,研制一台高速部分流低温液氮泵用以验证低温下水力特性.搭建一套闭式过冷低温泵外特性低温测试系统,可实现低温流体泵在无气蚀和无气缚条件下测试.设计的增压性系统可控制泵入口流体压力,并监测泵头处液位.通过改变系统管阻和电机变频,试验测试了低温流体泵的各项水力性能,试验结果表明:转速1.52×10~4 r/min,流量0.2L/s为最大效率工况点;此时的压头为46m,功率为200W,效率为36.3%,与理论值偏差分别为12%,4%和9%,具有较好的一致性.低温液氮泵的性能可满足设计要求,外特性低温测试系统精简,测量精度高.     

离心泵叶轮叶片轴向切割设计方法研究

工程中普遍存在离心泵实际流量高于输水系统所需的情况,通过数值模拟研究平移叶轮前盖板对离心泵性能的影响,结合理论推导出平移前盖板改变离心泵扬程的换算公式,实现减小叶轮出口宽度及其工作流量达到泵站节能的目的.研究结果表明:切割叶轮外径与平移叶轮前盖板均会降低离心泵工作扬程,不同的是,前者使H-Q曲线整体向下移动且下降幅度较大,而后者H-Q下降幅度较小,能在小流量工况维持较高的扬程;平移叶轮前盖板后能抑制小流量工况下叶轮内回流旋涡的发展,离心泵效率有所上升,更适合多泵并联工作的场合,具有一定的工程价值;离心泵扬程随前盖板平移而变化的换算公式可以相对准确地预测较小叶轮前盖板移动量时中比转数离心泵0.8~1.0倍设计工况范围内H-Q曲线的变化.     

低比转速离心泵加大系数的计算方法探讨

依据离心泵叶轮出口宽度、比转速的计算式推导得出了计算低比转速离心泵流量、扬程及比转速放大系数的计算公式,提出了建立在离心泵性能预测基础上的理论计算低比转速离心泵最佳流量、扬程及比转速放大系数的方法,解决了泵行业一直依据经验统计值确定其放大系数不能使低比转速离心泵在设计点效率最高的问题．经实例验证表明：本文提出的方法能够提高低比转速离心泵在设计工况点的效率,充实了低比转速离心泵的设计理论。     

不同转速下离心泵压力脉动的试验研究

离心泵的压力脉动对泵的安全稳定运行有重要影响。为了揭示离心泵运行于不同转速下的压力脉动特性,以一台单叶片离心泵为试验研究对象,测量了泵在不同转速下的外特性曲线,并采用高频压力传感器测量了泵在不同转速时的压力脉动,获得了压力脉动的时域图、频域图,以及不同流量工况下的压力脉动强度分布曲线。外特性试验结果表明:不同转速下泵H-Q曲线基本平行,符合相似换算。试验结果表明:蜗壳内压力脉动从隔舌沿着泵转子旋转方向逐渐减弱,在额定流量工况附近压力脉动强度最小。频域分析表明:压力脉动主频为叶轮转频fn,但由于单叶片离心泵内存在较强的流动分离,在5 fn范围内也存在明显的宽频压力脉动信号。随着转速的降低,蜗壳内压力脉动强度明显降低,但并不完全符合相似换算;转速越高蜗壳-叶轮的势流干涉作用越强,压力脉动周期性越明显;在低转速小流量时尾迹干涉表现明显,压力脉动变得更复杂,周期性减弱。     

离心泵进口回流流场及其控制方法的数值模拟

在小流量工况下运行时离心泵叶轮进口会产生进口回流现象.采用标准κ-ε湍流模型,应用ANSYS CFX软件对不同工况下低比转速离心泵进口处的三维湍流场进行了数值模拟,分析了流场内的速度分布.为减小进口回流的危害,提出了在离心泵进口加注高压水的回流控制方案.对注入不同压力的高压水后,数值分析了进口流场的速度分布和回流漩涡的形态变化,并对比分析了回流控制效果以及离心泵扬程和效率.结果表明:在进口处注入高压水能有效改善回流发生时的流场速度分布,减弱回流强度,降低回流发生的关键流量点;但高压水的注入在设计流量和大流量范围内还会降低泵的扬程和效率;综合考虑各种因素后选择在该叶轮进口处注入0.10 MPa的高压水作为本模型泵的回流控制方案.     

轴流铅铋泵的设计及其水力性能分析

为了研究铅铋合金泵合适的优化设计方案,基于叶片速度三角形和圆柱层无关性假设理论,设计了不同转速的轴流铅铋泵模型。利用Ansys CFX软件,构建了不同转速包含导叶的铅铋泵水力模型和无导叶的铅铋泵水力模型,通过SSTk-ω湍流模型模拟对比不同的转速以及有无导叶轮设计对轴流铅铋泵水力性能的影响。模拟结果表明:导叶轮是铅铋泵低流速设计的一个重要构件,可将转速为420r/min铅铋泵的叶轮出口冷却剂流速由4m/s降低到1.8m/s;泵内冷却剂和壁面间相对速度最高区域分布在叶片前缘泵壳侧,该流速会随泵轴转速的减小而降低;在低负荷条件下高转速铅铋泵比低转速铅铋泵拥有更好的流量扬程和效率性能,但是在0.8～1.2倍额定流量的高负荷工况条件下低转速铅铋泵比高转速铅铋泵拥有更高的效率和扬程性能。此项研究可为铅冷快堆的主泵设计优化提供一定的参考。     

泵反转液力透平速度滑移的计算与分析

针对离心泵反转液力透平(PAT),采用RNGk-ε湍流数值模拟分析了泵工况(正转)与透平工况(反转)的速度滑移特性,揭示了滑移系数的变化规律,提出了考虑滑移系数时计算PAT泵工况与透平工况扬程换算关系的新方法.结果表明:随着流量增加,泵工况滑移系数增大,透平工况滑移系数减小.速度滑移引起叶轮内的附加水力损失,透平工况流量大于额定流量时,其滑移系数小,叶轮内附加水力损失小,这是液力透平大流量时效率高的原因之一.采用PAT换算关系新方法计算了不同比转速下的6个PAT算例的扬程换算值,并将结果与未考虑滑移系数的方法比较,经实验验证该方法的平均误差约减小5%~20%.     

叶片进口边位置对船用离心泵性能数值模拟与试验对比

为了研究叶片进口位置对船用离心泵内部流动和性能的影响。针对一国内生产的NSL125-415/A02型船用离心泵,在不改变原始叶轮设计的基础上,运用泵与旋转机械专业设计工具CFturbo分别将叶片进口边两次前移和两次后移,设计了四种新的叶型。然后采用全粘性三维湍流数学模型数值模拟计算了5组(包括原型泵)不同工况下的船用离心泵内流场,对比了不同位置叶片进口边对船用泵流量-扬程、流量-效率等外特性曲线以及叶轮内部流场在不同工况下的流动分布,并且将原型泵数值计算结果与试验进行了比对。结果表明：适当将叶片进口边位置向叶轮轮毂处偏移,可以相对改善叶轮内部流场分布情况,降低叶轮出口位置附近湍动能强度;在一定范围内,随着叶片进口边位置向轮毂处偏移,船用离心泵扬程有所提高,整体效率略有增加,且高效区域面积变大;通过与试验对比,运用数值计算方法来预测船用离心泵内部复杂三维流动是可行的。     

叶片进口边位置对船用离心泵性能的影响——数值模拟与试验

为了研究叶片进口位置对船用离心泵内部流动和性能的影响。针对一国内生产的NSL125-415/A02型船用离心泵,在不改变原始叶轮设计的基础上,运用泵与旋转机械专业设计工具CFturbo分别将叶片进口边两次前移和两次后移,设计了四种新的叶型。然后采用全黏性三维湍流数学模型数值模拟计算了5组(包括原型泵)不同工况下的船用离心泵内流场,对比了不同位置叶片进口边对船用泵流量-扬程、流量-效率等外特性曲线以及叶轮内部流场在不同工况下的流动分布,并且将原型泵数值计算结果与试验进行了比对。结果表明:适当将叶片进口边位置向叶轮轮毂处偏移,可以相对改善叶轮内部流场分布情况,降低叶轮出口位置附近湍动能强度;在一定范围内,随着叶片进口边位置向轮毂处偏移,船用离心泵扬程有所提高,整体效率略有增加,且高效区域面积变大;通过与试验对比,运用数值计算方法来预测船用离心泵内部复杂三维流动是可行的。     

离心泵流量－扬程曲线特性研究

研究工业用离心泵的流量－扬程曲线对泵运转稳定性、运转特性和适用场合的影响，提出驼峰曲线泵稳定工况的判据及泵和叶轮形状对驼峰状的影响，对于泵的设计、制造和合理使用均具有实际的意义．     

离心泵流量—扬程曲线特性研究

研究工业用离心泵的流量－扬程曲线对泵运转稳定性、运转特性和适用场合的影响，提出驼峰曲线泵稳定工况的判据及泵和叶轮形状对驼峰状的影响，对于泵的设计、制造和合理使用均具有实际的意义。     

旋转血泵驱动电机参数换算血液流量和压力的方法

探索出一种新颖的血泵流量和压力的换算方法.在不同转速下对血泵输出流量、扬程及其驱动电机消耗功率(电压和电流乘积)采样,记录并作图,得到一系列电机功率(P)与血泵流量(Q)的关系曲线以及电机功率和血泵扬程(H)的关系曲线.应用3层BP(backpropagaton)神经网络,将功率和转速(n)的采样值赋给神经网络的输入层,并将流量和扬程的采样值赋给输出层,将P-Q和P-H关系曲线转换成函数Q=f(P,n)和函数H=g(P,n).然后将这两个特征函数存入微机,建立该血泵的数据库档案.这样,在动物试验和临床试用中就可以根据驱动电机功率和转速算出血泵流量和压力.将上述方法应用于自行研制的叶轮泵,血泵扬程测量误差小于2%,流量误差小于5%,表明这种方法的测量精度优于已知的大多数无创测量方法.     

离心式无堵塞泵不等扬程的优化设计与试验

为了使离心式无堵塞泵满足多工况运行的要求,采用不等扬程水力设计方法对模型泵100QW110-16-7.5的叶轮进行优化设计,并结合计算流体力学数值模拟技术分析由原始方案和新方案所得叶轮的内部流场分布,同时,在模拟的基础上对模型样机进行了性能测试.结果表明:采用新方案所得叶轮对流体做功更充分,其流线在不同工况下的分布更均匀、流畅,能够改善泵内流体的流动状况;由新方案所得模型泵在额定流量下的扬程为16.89m,效率为83.11%,已达到节能级离心式清水泵的产品性能要求,在小流量工况下无马鞍区、振动较小,大流量下高效率区的范围较宽,处于0.8q~1.3q且其无堵塞性能优于原始方案;由新方案所得模型泵性能的预测曲线与试验结果基本吻合,最大误差为7.56%.     

中比转速无过载多级离心泵的叶轮设计方法

为达到中比转速多级离心泵无过载性能的要求,在无过载理论的基础上,根据速度系数法推导出新的中比转速多级离心泵叶轮的无过载设计公式,设计了比转速为89.3和135.0的多级泵叶轮,利用Fluent软件进行模拟计算,并与传统公式所设计的泵叶轮进行对比分析.结果表明:在2个设计实例中,采用所推导的公式设计的叶轮轴功率曲线均出现极大值,功率备用系数K分别为1.13和1.03,从而验证了所推导公式的准确性;与采用传统公式相比,采用所推导的公式设计的2种泵的扬程分别提高了14.0%、7.5%,效率分别提高了2.68%、1.03%,而且能够保证较小的径向尺寸;推导的公式较适用于中比转速无过载多级离心泵的叶轮设计.     

中低比转速离心泵叶轮几何参数优化

中低比转速离心泵效率普遍不高,主要因素是泵的圆盘摩擦损失过大,而圆盘摩擦损失又和叶轮直径的五次方成正比,针对这一特点,提出了以减少泵的圆盘摩擦损失为目的方法,即以叶轮直径最小为目标函数,综合考虑叶轮进口直径、叶轮叶片进出口安放角,叶轮叶片数等设计变量,建立相应的数学模型,通过优化计算,获得满足一定扬程和流量的上述参数的最优组合,从而提高中低比转数离心泵的效率,缩短泵的设计周期.     

离心泵气液两相流数值模拟与可视化试验

为了研究离心泵输送气液两相介质时的内部流动规律,采用FLUENT软件对其内部流动进行了数值模拟,同时采用高速摄像机及普通相机对泵内气液两相流动进行了拍摄分析。研究了叶轮、蜗壳以及吸水管内的气液两相流动,分析了进口气相体积分率对泵内部流动与外特性的影响,揭示了离心泵内气相分布随进口气相体积分率的变化规律。研究结果表明:随着进口气相体积分率的增加,吸水管内的流型从塞状流变为分层流,叶轮内气泡从相对均匀分布到积聚成团最后堵塞流道。随着进口气相体积分率的增加、小流量工况(5、7 m~3/h)下,泵的流量不断减小,扬程急剧下降;在大流量工况(10、12、15 m~3/h)下,泵的流量先增大后减小,扬程缓慢减小。在半径为0.6倍叶轮半径附近,气相体积分率和气泡直径达到最大值。气泡直径随着进口气相体积分率的增加而增大,随着转速的增大而减小。研究结果对气液两相流泵的优化设计及高效运行具有参考价值。     

包角对中转速比离心泵流场及压力脉动的影响

为了研究叶片包角对中转速比离心泵性能的影响,以转速比为129的中转速比离心泵为研究对象,在确保叶轮其他设计参数恒定的同时,设计了90°、100°、110°、120°、130°5种包角的叶轮。运用Fluent仿真软件非定常数值模拟计算得到不同包角情况下泵外部特性曲线及叶轮内部压力和速度分布云图,通过测量水泵蜗壳及叶轮内7个监测点压力的数据得到离心泵压力脉动特性。研究结果表明:水泵扬程及效率随叶片包角的增大均有所降低且效率最高点向小流量方向偏移,包角增至130°时相比90°包角,扬程降低13%,效率降低5.2%;随着包角的增大,叶片进口低压区增多,出口高压区减少,叶轮内低速区减少,出口速度增大;额定流量下,蜗壳内压力脉动主频约为一倍叶频,流道内压力脉动主频约为一倍转频,各监测点压力脉动幅值随包角增大整体呈上升趋势。于是,综合考虑选取120°作为中转速比离心泵包角最优取值。探究叶片包角对中转速比离心泵内部流场及压力脉动影响规律,可为中转速比离心泵水力优化提供理论支持。     

对旋风机两级叶轮等功率第二级叶轮变转速匹配研究

为了改善对旋风机在非设计工况时的性能,提出了两级叶轮等功率、第二级叶轮变转速匹配运行方法,即在工况变化时,调整第二级叶轮的转速,使第二级叶轮功率始终与第一级叶轮功率相同。利用理论分析、数值模拟和实验研究的方法,分析了对旋风机在两级叶轮等转速运行和第二级叶轮变转速匹配运行时的特性。研究表明:等转速运行时,第二级叶轮压升与功率受流量变化影响剧烈,导致小流量工况时第二级电机过载烧毁及大流量工况时风机压升与效率迅速下降;第二级叶轮变转速匹配改善了第二级叶轮的功率、效率特性,使对旋风机的压升特性更加平稳,由此减小了小流量工况时第二级叶轮的负荷,增大了大流量工况时第二级叶轮的压升与效率,风机的高效工作范围由33.18%拓宽至37.88%,阻塞工况裕度由36.9%拓宽至48.2%。     

低比转数离心泵叶轮内部流动的测量

设计了一副5叶片的低比转数离心泵叶轮,并应用二维粒子图像速度仪(P IV)成功地测试了转速1250 r.m in-1下5个不同工况以及相同流量、转速分别为1 000,750 r.m in-1工况下叶轮内的瞬时流场.测试结果充分揭示了叶轮内相对速度矢量场的特征及其分布规律.结果表明:离心泵叶轮通道内液体受曲率、旋转产生的离心力和科里奥力作用,相对速度由叶片进口吸力面高、压力面低滑移为出口压力面高、吸力面低,叶轮内部的流动呈现非对称、非均匀特点;相同流量不同转速下叶轮内部流场的规律基本相似,但流动偏转角(Δβ)随转速增大而增大.