基于正交试验的离心泵空化性能优化设计

针对当前离心泵在使用过程中抗空化性能差的问题,在现有IH80-50-250型化工离心泵的基础上,建立以泵汽蚀余量为目标函数的优化数学模型,采用正交试验对离心泵进行优化设计。基于L_(16)(4~5)正交表,选取叶轮进口直径、叶轮出口直径、叶片进口安放角、叶片出口安放角和叶片包角5个参数制定出16组正交试验方案。使用计算流体动力学技术对16组离心泵模型进行流场模拟,采用极差分析得到各参数对优化指标的影响顺序,并获得一组最优方案。采用Pump Linx软件模拟得到原型泵与优化泵在不同工况下的泵汽蚀余量以及在额定转速下离心泵的蒸汽质量分数,对比结果表明,优化泵的泵汽蚀余量和蒸汽质量分数分别降低了28.87%和21.02%,提高了离心泵的抗空化能力,验证了正交试验方法的可行性和准确性,为离心泵的优化设计提供了参考。     

离心泵发生气蚀的原因及对策

离心泵在检修时，经常发现在叶片入口边靠近前盖板处和叶片入口边缘附近有许多麻点和蜂窝状凹坑或严重地破坏原有结构，甚至有的叶片和盖板被穿透的现象。这就是由于汽蚀所引起的破坏，汽蚀现象产生时，泵将产生噪音和振动，使泵的扬程、流量、效率的性能急剧下降，同时加速了材料的损坏，缩短了机件的使用寿命，因此，必须提高泵的抗汽蚀现象。本文分析了离心泵汽蚀现象产生的原因，从离心泵发生汽蚀原因中找出抗汽蚀性能的方法。     

BA型水泵泵体及泵盖的耐蚀耐磨层氧-乙炔喷焊工艺

本文旨在结合运城市水泵厂生产的BA型水泵铸铁过流部位采用氧-乙炔焰合金粉末喷焊制造表面涂层,使其使用性能达到或接近用不锈钢制造的过流部件技术要求,降低产品成本。由于泵体、泵盖、叶轮等过流部件铸造结构复杂,浇注处内壁过流部位不能采用一般机加工方法,满足喷焊前表面成型制备,因此本文就喷焊前工件预处理,喷焊层产生气孔原因及其防止措施,以及喷焊工艺等方面,进行探讨。试验结果表明,喷焊层质量符合产品设计使用要求。     

后掠叶片对轴流泵抗汽蚀性能的影响

研究后掠叶片对轴流泵抗汽蚀性能的影响，采用标准K-ε紊流模型和SIMPLE算法，用FLUENT软件对7台轴流泵内部流场进行数值计算，得到了每台泵的气体体积和效率，通过对比分析表明，随着后掠角的增大，泵的气体体积和效率都减少，所以采用后掠叶片提高泵的抗汽蚀能力时后掠角不宜过大。     

水轮机耐汽蚀喷焊用合金粉末的研制

文中分析了金属材料汽蚀破坏的特点；并阐述了喷烛所用的合金粉末配方的研制及消除网状组织，提高其抗汽蚀、抗泥砂磨损的能力。     

低比速疏水泵改善汽蚀性能的CFD优化设计

为提高热力发电厂低压加热器疏水泵的汽蚀性能,将CFD（计算流体动力学）技术与传统抗汽蚀方法相结合,利用商业软件FLUENT对具有不同布置形式的四种叶轮模型内三维湍流场进行数值计算。根据计算所得流场分布,通过比较找出具有良好汽蚀性能的设计方案。试验数据表明,泵的汽蚀性能得到改善。     

离心泵叶轮汽蚀与泥沙磨损破坏浅析

对引黄工程某泵站抽送含沙水时对叶轮产生的汽蚀与泥沙磨损破坏的原因进行了分析 ,结果表明 :汽蚀伴有泥沙 ,会使破坏程度成倍增加 .在无法减少泥沙的情况下 ,可改进叶轮形状 ,以避免诱发汽蚀 ,也可采用耐汽蚀材料等方法提高叶轮使用寿命 .一实验叶轮在修改了叶片形状后增加寿命 1倍 ;另一用钢板制成的叶轮其寿命提高了 4倍以上 .     

几种金属材料抗汽蚀和抗磨蚀处理方法的试验研究

本文介绍了在水力机械的抗磨蚀防护中,采用合金粉末喷焊、金属渗硼和渗铬等方法处理后的试件经清水和浑水磨蚀试验的试验结果,指出了能获得较好抗磨蚀性能的方法。     

热喷涂在高速重载铁路工程上的应用

热喷涂是提高工程构件抗磨蚀性的有效技术，在高速重载铁路工程上应用具有广阔前景，将产生巨大经济及社会效益。铁路钢轨、辙叉等通过铁基合金粉末热喷涂层来提高抗磨性；锌铝喷涂层提供钢板长效防腐性能；采用爆炸喷涂修复曲轴等构件的方法具有巨大潜力；激光重熔喷涂层合金化能进一步改善构件抗磨蚀性。经过热喷涂的普通碳钢替代合金结构钢对发展高速重载铁路运输具有重要意义。     

叶轮进口几何参数对离心泵空化性能的影响

对一个低比转速(ns=86m·m3·s-1·min-1)离心式锅炉给水泵进行了空化性能实验.为了与实验对比,在泵最佳效率点附近,基于标准k-ε模型和VOF空化模型进行了泵内全流道的三维空化湍流计算.结果表明数值模拟能较好地预测泵的平均空化性能.为改善锅炉给水泵内的空化性能,在实验泵已有叶轮的基础上,采用延长叶轮进口及加大叶片安放角的措施设计了5种新叶轮,并以这些新叶轮替代原叶轮进行了泵内全流道的空化流计算.结果表明,适当延伸叶轮叶片的进口位置及加大叶片进口角均可较明显地改善离心泵的空化性能.进一步的流场分析显示,保证叶轮进口的流动均匀性是离心泵空化性能得到改善的重要原因.     

入口非均匀流对核主泵性能影响研究

CAP1400反应堆冷却剂系统中蒸汽发生器下封头和核主泵直接连接,使蒸汽发生器下封头出口接管的流场变得不均匀.为探究非均匀入流条件对核主泵性能的影响,对核主泵叶轮和蒸汽发生器下封头进行联合简化建模,采用CFD方法数值计算泵的能量、水动力以及空化性能,并与均匀入流下的仿真结果进行比较.计算结果表明:在0.7Q_0~1.2Q_0工况范围内,进口的不均匀流动导致泵的扬程下降1.8%~5.1%,叶轮扭矩下降1.9%~6.4%,而效率没有发生明显的变化;非均匀入流下扬程的降低使叶轮所受轴向力有所减小,但径向力显著增大.空化发生时,泵的临界空化余量增大,抗空化性能降低,空化区域出现明显的不对称.     

离心泵叶轮绘型时叶片加厚的精确方法

为使离心泵叶轮绘型时的叶片加厚更加精确 ,本文对叶片加厚采用的传统方法存在的问题进行了分析 ,进而给出了一种叶片加厚的精确方法。该方法精确、可靠 ,可用于计算机设计及手工计算     

Computational fluid dynamics modeling and hemolysis analysis of axial blood pumps with various impeller structures

The flow fields in the blood pump were analyzed three-dimensionally using computational fluid dynamics (CFD). Hemolysis of the pump was calculated based on the changes in shear stress and related exposure times along the particle trace lines using a forward Euler approach. In this way, how different impeller structures and rotational speeds affect the hemolysis was particularly acquired. As a result, impeller with long-short alternant vanes behaved best in hemolysis property and can be utilized to axial blood pumps’ development and design.     

基于CFD的潜液式液化天然气泵导叶设计

潜液式液化天然气(liquefied natural gas, LNG)泵工作时, 屏蔽电机和泵体全部浸没在低温液体中. 为减小泵的径向和轴向尺寸, 潜液式LNG泵采用了一种特殊结构的导叶. 在分析潜液式LNG泵导叶结构特点的基础上, 研究导叶进口喉部宽度和折转角对泵设计工况水力性能的影响. 首先, 设计不同几何参数的导叶, 并分别与同一叶轮进行匹配; 再通过ANSYS CFX软件, 采用标准k-ε湍流模型对各导叶分别进行全流场数值计算. 计算结果表明: 进口喉部宽度是潜液式LNG泵导叶的关键尺寸, 设计时需重点考虑; 进口喉部宽度存在最优值, 且最优值大于经验值; 进口折转角对泵扬程和效率影响较小. 因此, 设计导叶时可优先确定其他关键尺寸, 再通过调节进口折转角改善导叶的结构.     

混流泵叶片优化及基于状态方程模型的空化研究

在保证效率和扬程的前提下,为了最大限度地提高混流泵空化性能,利用基于正压流体状态方程的空化模型,开展了混流泵空化性能研究.发现原来采用速度系数法设计的5叶片混流泵叶片结构并不合理,泵叶轮设计工况下的临界空化余量较高.针对这一问题,增加混流泵的叶片数目为7片,并以效率和扬程作为目标函数,对7叶片混流泵叶片进口边形状、叶片前缘厚度以及叶片厚度变化规律进行了优化设计.混流泵优化前后3种不同叶片结构方案的空化性能对比分析结果表明:混流泵叶片进口边适当向进口方向延伸,叶片进口边前缘减薄,以及改变叶片厚度的变化规律,将使混流泵的临界空化余量大大降低.优化设计后的混流泵效率为90.857%,扬程为163.86m,优化后的临界空化余量为28.64m,相比优化前降低了45%,有效地改善了混流泵在设计工况下的空化性能,为今后该类高温高压混流泵的设计和优化提供了方向.     

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．     

提升离心泵小流量工况数值模拟精度的进口边界设置

为提高离心泵小流量工况下性能参数的预测精度,参考关死点工况数值模拟研究的现有文献,将一种开口边界作为吸水管进口条件应用于某离心泵的多个小流量工况,以试验测量结果为基准,与常规进口边界设置下的计算结果进行了性能参数及泵内流场的对比分析,研究了不同边界设置对于不同工况的适用性。结果表明:以吸水管进口处是否存在回流为判别标准,对于存在明显回流的工况,采用开口边界可以大幅提升扬程等性能参数的预测精度,而对于入流均匀无回流的工况,常规边界条件即可满足工程计算精度要求;采用开口边界可以在吸水管进口处释放回流而避免形成虚假漩涡,保证水力损失的合理预估,进而得到更为精确的离心泵特性曲线。因此,在计算离心泵的完整特性曲线时,可首先采用常规边界条件进行全工况的数值模拟,再根据进口回流情况调整进口边界设置,对少数小流量工况进行二次计算,确保特性曲线形状符合真实情况。     

一种双吸式血液泵水力设计

为了更好地满足体外循环装置和人工心脏的运行要求,该文采用RANS方法和SSTk-ω湍流模型对一种双吸式血液泵进行了三维定常湍流计算;在详细分析血液泵内部流动特征的基础上,对泵的水力部件如叶轮及压水室进行了设计优化,并探讨了各种设计对血液泵主要运行参数的影响。结果表明:压水室隔舌附近的流道容易出现较大的局部壁面剪切应力,是泵内血细胞容易受到损伤的危险区域;适当增大压水室断面面积有利于提高泵的水力效率;选择较大的叶片出口安放角时血液泵可获得较高的扬程,但采用径向叶片叶轮(出口叶片安放角为90°)时须设法控制流动扩散及其对泵性能的影响;所设计叶轮的平均壁面剪切应力为20～26 Pa,小于损伤血细胞的临界值。     

离心泵全三维流场的大涡数值模拟

通过使用FLUENT软件的大涡模拟模型及多重参考坐标系，计算单级蜗壳式离心泵包括导入管、叶轮及泵壳在内的全三维湍流场．发现泵叶轮内各通道的流量、流速及压力等分布有显著差别，流动呈现明显的非对称性，泵内流动旋涡一般出现在叶轮叶片工作面上．文中还将泵性能的预测值与实测值作了对比，验证了计算结果的有效性．     

轴流式潜水泵的水力设计

通过对几台轴流式潜水泵的设计过程进行总结,提出了适用于这类泵的吸入流道结构型式、轴面速度分布和环量分布等与水力设计有关的几个问题的处理方法.