轴流泵的叶片设计理论与应用研究现状

归纳了轴流泵的叶片设计理论,总结了叶片几何参数的选择原则,指出了叶片设计中存在的问题,给出了提升现有轴流泵叶片设计理论的策略.研究表明,现有轴流泵的叶片设计理论单一,缺少更多有效控制叶片形状的变量和手段.采用三维流动理论,改变叶片造型方法,控制水力损失和引入CFD方法是提升现有轴流泵叶片设计的主要策略.     

用积分方程法设计轴流泵叶轮

介绍了一种新的轴流泵叶轮的水力设计方法，推导了求解叶轮Ｓ１流面流动的积分方程。轴流泵叶轮的水力设计是以有厚叶栅的正问题计算作为基础，通过正、反问题迭代来完成的，它较传统的设计方法（奇点法、升力法）能更好地满足设计扬程的要求。实例计算表明，结果合理，叶轮型线光滑，程序运行时间用４８６微机约５ｍｉｎ，因此是一种实用的设计方法。此外，该设计方法也可用于轴流式水轮机转轮的水力设计。     

基于水力设计的轴流泵叶片的三维建模方法

在实际设计轴流泵叶片时常采用圆柱层间无关性假设,设计被简化为平面直列叶栅的绕流命题,由二维设计结果无法直接检查叶片几何形态.在简要说明轴流泵水力设计原理及过程的基础上,通过实例介绍直接应用叶片水力设计结果与数据,包括对叶片几何形态有控制作用的等高线,实现叶片三维建模的思路和方法.采用该方法获得的叶片三维模型将真实准确地反映设计叶片的真实几何形状,与已报道的一些轴流叶片建模原理及过程有重大区别.可以提高最终成型叶片压力面和吸力面的光滑性,改进和提升叶片水力和空化性能.     

轴流泵叶轮出口流场的3D-PIV测量

为了全面揭示轴流泵叶轮出口流场规律,采用3D-PIV技术对一经改装的轴流泵在设计工况、高效区工况、马鞍区工况、小流量工况和大流量工况下的叶轮出口流场进行了全面测量,并运用TSI公司的Insight和Tecplot软件对数据进行了后处理,得出了各个测试工况下叶轮出口测试区域的空间流线图和横断面三维流速的云图分布.试验结果揭示了轴流泵叶轮出口流场呈螺旋形向外运动的趋势,水流具有较为明显的三维流动特征;证明采用3D-PIV技术对轴流泵叶轮出口流场进行研究是可行的,能够反映三维流场的实际情况,为轴流泵设计提供参考,并对CFD数值模拟轴流泵叶轮出口流场的结果进行验证.     

多相泵叶轮准三维可控速度矩设计

以速度矩作为控制参数,推导多相泵叶轮中均匀流模型的准三维反问题计算公式,并给出叶轮叶片形状的反问题设计方法.通过选择合适的速度矩分布,进行叶轮的子午面反问题计算,对多相泵叶轮的叶片形状进行初步没计.对计算结果的分析表明,利用准三维方法进行多相泵叶轮的可控速度矩设计是经济且有效的.     

构造分布条件矩的收敛速度

给出F属于吸引场Φα和Ψα时X*～F*(x)=1-xp(1-F(x))的条件矩E((X*-t)q|X*>t)的收敛速度.     

叶片开槽对轴流泵空化性能的影响

为探究开槽叶片对轴流泵空化性能的影响,以350ZQ-70-H型潜水轴流泵为研究对象,对其不同空化余量下的流场进行定常和非定常数值模拟,对比分析原模型与改进后模型的速度矢量分布、压力分布、内部空泡体积分数及空泡体积变化等.结果表明：开槽叶片可以改善轴流泵的效率和扬程,提升轴流泵性能;开槽叶片增大了叶片进口处流动面积,降低了叶片进口处流速,使得轴流泵叶轮内压力的分布得到改善,从而对空化产生抑制作用;在空化的各个阶段里,开槽模型的空泡体积分数分布均有所降低,其中空化初始阶段最为明显,相比原模型下降了30.4%,有效抑制了空化的发展,空化性能明显提升.     

基于OpenCASCADE的三维轴流泵叶轮设计系统

目前泵设计系统普遍依赖商用CAD软件的二次开发,容易受到制约.为此,利用OpenCASCADE相关建模函数和Qt构建的人机交互界面开发了拥有自主知识产权的三维轴流泵叶轮设计系统,只需输入轴流泵的设计参数,便可得到合适的轴流泵叶轮几何造型.采用该系统设计比转速为869的轴流泵叶轮,并对其进行流场仿真验证,同时对比CFturbo软件的设计结果.结果表明,该系统无软件环境限制,设计步骤更贴合国内设计习惯,可以满足扬程和效率的设计要求,为其他类型的泵参数化设计提供了借鉴.     

全调节轴流泵叶片的受力特

对全调节轴流泵装置三维非定常湍流流场进行数值模拟,计算了不同运行工况下水流对叶片的作用力.在此基础上,采用有限元分析的方法对叶片在不同工况下的应力、应变分布情况进行计算,并对全调节叶片进行调节时所需克服的水力矩、离心力矩和摩擦力矩等阻力矩进行了分析计算.     

前缘弯掠轴流转子简化设计及其内流分析

应用环壁边界层理论及其速度分布图形,在不变更常规设计系统下,研究并构造一种前缘动力学弯掠轴流转子新叶片,使用N-S方程数值分析并考察了新叶片内的流动状态和内流机制,它与常规转子的比较结果初步证实了设计方法的可行性．     

基于正交试验大型轴流泵空化特性的数值模拟

针对28CJ-70型立式轴流泵内部空化对机组性能的影响,从泵内空化基本方程出发,确立叶顶尖间隙γ、叶片吸力面流线分布和叶片进口边外缘修圆ψ为影响轴流泵空化特性的主要因素,并建立L9(33)正交实验表,分别对9组试验方案进行数值模拟,计算结果表明:叶顶尖间隙γ对叶轮吸力面外缘泄漏涡变化较为敏感,增大叶顶尖间隙γ能够有效改善吸力面外缘速度分布,但会使泵扬程降低;叶片吸力面流线分布Φ对轴流泵效率和空化持续长度χ具有重要影响,当吸力面流线分布Φ=0.7时,能够明显改善吸力面低压区流体回流范围,使空化持续长度χ迅速降低,并能大幅度减小空化体积分数.通过对立式轴流泵模型进行试验研究发现:数值模拟结果与试验外特性曲线能够较好符合,达到工程应用的要求,进而验证正交计算结果准确性.     

风扇叶片外物撞击瞬间转子振动响应分析

为研究风扇叶片外物撞击对转子振动的影响,参照某发动机设计搭建了风扇转子试验器,并结合有限元计算和锤击法试验获得了叶片的动静频,开展撞击位置、风扇转速等因素对转子振动特性影响试验。结果表明:风扇叶片遭遇外物撞击瞬间,转子振动频谱中叶片动频附近频率成分幅值变化明显;相比转子轴向位置振动,径向位置振动对外物撞击的响应很敏感且幅值变化明显;随着风扇转速升高,转子振动中叶片动频成分幅值会增大,而转子振动幅值并不一定会增大,振动幅值与撞击叶片编号、撞击位置等因素密切相关。     

复合材料旋翼桨叶耦合振动分析

给出了包含陀螺力影响的旋转梁耦合振动问题有限元解法，使用的各向异性梁理论考虑了截面翘曲和耦合变形对截面刚度以及对动力特性的影响。单元形函数取向各向异性染的静态解，以利于提高计算精度。     

转子叶片裂纹扩展故障诊断实验研究

设计了旋转机械振动监测实验台，通过实验采集了不同裂纹宽度的转子叶片裂纹振动信号，应用小波包分析技术对采集到的振动信号从低频到高频作4尺度小波分解，通过信号的小波包分析谱、信号的小波包分解频段细化图、信号频段小波重构波形对叶片裂纹扩展进行识别、分析，结果表明：叶片裂纹存在高频冲击，并且表现为轻微的颤动、裂纹扩展、振动加剧，当裂纹宽度为叶片宽度的一半时，裂纹迅速扩张，叶片很快断裂．这就为转子叶片裂纹故障的监测与诊断提供了依据．     

叶片数及分流叶片位置对离心泵性能的影响

应用CFD流场数值计算程序对两类不同长叶片、两类不同长短叶片和一类超短叶片配置的离心泵进行数值模拟,讨论叶片数、分流叶片不同径向位置及周向位置对离心泵内流场及整机性能的影响.结果表明,选择合理的叶片数和分流叶片的径向及周向位置,可以有效降低长叶片的负荷,有效提高泵的扬程和效率,避免叶片数过多引起的叶轮进口堵塞和叶轮流道内发生回流和漩涡.当离心泵分流叶片进口直径为叶轮直径的0.68,分流叶片向长叶片背面偏置5°,叶片数为4个长叶片和4个超短叶片时,离心泵的整体性能最佳.     

罗茨泵“8“字形转子渐开线曲面加工的探讨

渐开线曲面因其特性和成熟的加工方法被广泛应用于机械工程中.罗茨泵中转子上的渐开线曲面,常用的加工方法有数控镗铣、仿形铣、仿形刨等.本文通过对渐开线曲面形成和特性的分析,给出了在牛头刨床上用展成法加工渐开线曲面的方法.     

大型立式轴流泵站停泵过渡过程研究

根据转动机械力矩平衡方程、水量平衡方程以及泵装置系统能量守恒方程,结合水泵全特性,建立了大型立式轴流泵站停泵过渡过程数学模型.通过数值计算,研究了不同的闸门运行方式及不同叶片转角对轴流泵站停泵过渡过程的影响,得到了不同工况条件下的水力参数和机组转速随时间的变化规律,从而为泵站设计及运行提供了合理的依据和建议.     

轴流式水轮机支持盖有限元分析及优化设计

为解决传统的刚性环算法对水轮机支持盖设计计算的不足,建立了支持盖的有限元分析模型,对在正常工况和紧急停机工况下的支持盖进行了有限元分析,指出紧急停机工况为危险工况,并计算了重量灵敏度和在紧急停机工况下的位移灵敏度,建立了支持盖的优化模型,对在紧急停机工况下的支持盖进行了优化设计,并校核其在正常工况下的强度条件、