无过载超低比转速离心泵水力设计

在比转速n_s<30时通常不再设计成离心泵,因为泵效率较低,轴功率曲线太陡极易产生过载现象,笔者首次较详细地研究超低比转速离心泵的无过载设计方法,针对n_s=23微型离心泵,给出叶轮主要几何参数D_2、b_2、β_2、Z、φ的选取原则和叶片平面流道的绘型。文中还给出测试结果和性能曲线。研究表明;只要设计合理,n_s<30时完全可以设计成效率较高的无过载离心泵。     

离心泵的P/Pmax关系式推导及其无因次性能曲线研究

首先根据离心泵的基本理论公式,推导出泵的轴功率和最大轴功率的比值P/Pmax与泵叶轮的几何参数和比转数之间的关系,然后依此关系式,利用Matlab的绘图功能,绘制出了叶片数Z分别为4、5、6,出口安放角为9?～20?时的P/Pmax随比转数ns变化时的无因次曲线图,对无过载离心泵的设计具有一定的参考价值。     

无过载离心泵内部流场的三维数值模拟

采用标准k-ε湍流模型和SIMPLEC算法,对最大轴功率值小于1.1倍的额定功率值的无过载离心泵进行数值模拟,得出叶轮内流道的压力和速度分布规律,为无过载离心泵的性能预测、水力设计及优化设计提供依据.根据泵进出口速度、压力分布规律,预测泵的能量特性曲线.结果表明,叶轮内工作面相对速度较小,背面相对速度较大;从工作面到背面,相对速度大小变化较大;从进口到出口,沿相对运动流线方向上相对速度变化不明显;叶轮内没有出现边界层分离;蜗壳几何结构的非对称性以及蜗壳与叶轮的相互作用是导致泵内流场不对称的主要原因.     

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.     

缝隙引流叶轮的优化设计

以带缝隙引流叶片的低比转速离心泵叶轮为研究对象, 研究了缝隙引流叶片的位置对低比转速离心泵水力性能的影响. 基于叶片参数化设计、网格划分、CFD(computational fluid dynamics)计算和后处理过程全自动集成的优化平台, 以离心泵叶轮水力效率最大化为目标函数, 采用实验设计法(design of experiments, DOE)和序列二次规划法(sequential quadratic programming, SQP)组合策略进行优化设计. 将优化后得到的新叶轮和原始叶轮进行对比分析发现, 优化后泵流道内堵塞情况减少, 扬程提高, 0.6Q 工况以后优化叶轮的效率比原始叶轮高, 同时最高点效率提高了2% 以上. 研究结果表明, 该设计方法切实可行.     

低比转速离心泵圆盘损失的计算

准确计算圆盘损失的大小是预测低比转速离心泵性能的重要因素.在泵试验结果的基础上,借助流体动力计算的数值计算和模拟方法,采用RNGk-ε湍流模型封闭时均N-S方程组,以低比转速离心泵M23-12.5为对象,在假定圆盘摩擦损失只增加轴功率而不影响液体有效能量增加的基础上,通过泵的数值预测结果和实验性能曲线的对比,对3种圆盘摩擦损失的计算方法进行比较.结果表明与直接计算叶轮外圆直径的摩擦力矩作为整个泵的圆盘摩擦损失的方法相比,根据泵叶轮的形状,分别计算其前后盖板的摩擦力矩进而求得叶轮圆盘损失的方法,更适合低比转速离心泵叶轮圆盘损失功率的计算.     

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。     

缝隙引流叶片对低比转速离心泵性能的影响

低比转速离心泵由于叶轮直径大、出口宽度小、流道扩散严重等原因,导致其效率偏低且很难改善.缝隙引流技术可大幅提高低比转速离心泵的性能.为进一步分析缝隙引流技术对不同低比转速离心泵性能的影响,设计3种不同比转速的常规叶轮和缝隙引流叶轮.为便于分析比较,将同一比转速的叶轮在同一蜗壳内进行实验.实验结果表明:缝隙引流技术可有效地提高扭曲叶片叶轮的性能,且对不同低比转速离心泵性能的影响程度和影响区域不同;缝隙引流叶片包角和缝隙越小,对泵性能的改善越有利.     

多级离心泵叶轮与导叶水力性能优化研究

为提高多级离心泵的水力效率,借助于FLUENT软件,对多级泵叶轮和径向导叶不同组合、不同工况下的内外水力性能进行了研究.结果表明:叶片进口边扭曲度高的叶轮具有较高的效率;泵的效率和扬程随导叶和叶轮配合间隙的增大而降低;在变流量工作时,叶轮与导叶水力性能的最优匹配关系可能随流量的变化而发生改变;转速对叶轮和导叶匹配性能影响极小.叶轮和导叶内部流场分析表明:叶轮和导叶内部的涡流是降低泵水力效率的主要因素,提出适当增加叶片进口扭曲度、减小叶轮和导叶间隙,从而减弱内部旋涡是多级离心泵水力性能优化的方向之一.由试验结果可见:多级泵外特性的模拟结果与试验结果误差在10％以内.     

模型血泵相似性设计及验证

以日本磁悬浮离心式血泵为原型,设计制作了放大2倍的模型泵,用不同流体对泵的相似性进行实验验证发现,模型泵和原型泵具有很好的相似性;采用黄原胶溶液模拟血液流体比水的相似性更好,质量分数为0.06%和0.04%的溶液比其他浓度溶液更接近血液流体.在溶液浓度较低时,溶液的非牛顿特性对离心泵的相似设计影响较小,模型泵实测相似临界雷诺数和转速分别与相似设计的临界雷诺数和转速一致;在溶液浓度较高时,溶液的非牛顿特性对离心泵的相似设计影响较大,模型泵实测相似临界雷诺数和转速远小于相似设计的临界雷诺数和转速.     

离心泵反转作为能量回收透平的性能预测

离心泵反转运行当做能量回收透平回收液体能量,关键是如何选择合适的工作水泵.从量纲分析的角度出发,提出水泵反转运行的性能预测数学模型.根据该数学模型,分别对比转速为32.2、46.2、63.3的3台化工离心泵进行数值模拟试验,利用所得的试验数据,计算并拟合出离心泵反转工况时的性能预测计算式,为工厂用水泵反转运行回收液体压力能提供选型依据.     

低比速离心泵的设计方法

总结低比速泵设计的四种主要方法:加大流量设计法、无过载设计法、短叶片偏置设计法和面积比法。阐述其设计原理及主要几何参数的选择,介绍一些统计资料和作者的部分研究结果。     

单级单吸离心泵多工况的能量性能预测

为了准确预测离心泵不同工况下的能量性能,基于国内外现有的理论公式和经验公式建立离心泵水力损失模型.运用线性回归的方法找出了叶轮进口冲角与冲击损失系数之间的函数关系,对冲击损失公式进行修正.为验证此模型预测离心泵不同工况下能量性能的准确性,选取一台比转速为92.8的离心泵,计算其9个工况点的扬程、效率和轴功率,并与试验结果进行对比分析.结果表明:扬程的预测结果与试验结果基本一致,9个工况点预测扬程与试验扬程之间的误差均在5%以内,这表明水力损失方程能很好地预测离心泵不同工况下的能量性能.     

离心油泵的性能实验研究

通过调节L-AN100机械油的温度从而改变其运动粘度的方法,进行了65Y60型离心油泵的性能实验,全面研究了运动粘度对性能的影响,得到了65Y60型油泵的最优性能与运动粘度的关系曲线和最优工况点效率与雷诺数的关系式,可以用它们来指导离心油泵的选型和设计.     

高比转数离心泵叶轮内空蚀两相流动的数值模拟

为了研究高比转数离心泵内部的空蚀流动,采用完整空化模型和混合流体两相流模型对比转数为177的离心泵全流道内空蚀流动进行定常数值模拟.根据计算结果,分析液相和空泡相主要流动特征及叶片上的静压分布,揭示叶轮内空蚀两相流场的内在特征,结果表明预测得到的空蚀现象与实际离心泵受空蚀现象的影响与破坏情况基本一致.     

改型环形灌注泵的径向力研究

为解决灌注泵的泄漏问题 ,对灌注泵的 3个特征及轴封泄漏量的解析式进行了分析 .认为轴封间隙过大是导致灌注泵泄漏的主要原因 ,而轴封间隙是由作用在叶轮上的径向力引起的 .普通离心泵径向力及轴封间隙过大因而不适合用作灌注泵 .设计出一种改型环形离心泵 ,其压水室由一段环形流道和一段螺旋形流道组成 .对环形压水室、螺旋形压水室及环形 -螺旋形压水室泵径向力的定性分析表明 :这种改型环形灌注泵的径向力小 ,且最小径向力点向小流量方向偏移 ,正好满足灌注泵小流量下小径向力的要求 .对这种改型环形泵的径向力进行了测试 ,并将结果与相同比转速下涡形泵和环形泵径向力的计算值进行了比较 ,也证实了上述结论     

低比转速离心泵的面积比原理

依据离心泵的面积比原理,提出了建立在面积比原理基础上低比转速离心泵在加大流量设计后计算面积比、第八断面面积的方法及计算公式,此面积比和第八断面面积与泵的流量加大系数、比转速加大系数有关,解决了依据经验统计值确定面积比且不能使低比转速离心泵在设计点效率最高这一问题.实例表明:提出的计算方法能够提高低比转速离心泵的效率,充实了低比转速离心泵的设计理论.     

离心泵叶轮最佳出口几何参数计算

本文通过叶轮圆盘摩擦损失与涡壳内水力损失之和为最小的原则,建立了叶轮出口几何参数与一修正系数K的数学表达式,根据收集到的目前国内最好的泵的数据,用回归分析方法得到了K=f(n_s)的函数关系。这一方法可很快地确定叶轮出口几何参数,并能保证泵在设计工况运行接近最高效率。