分流叶片进口直径对离心泵空化特性影响

为探究分流叶片对离心泵空化性能的影响,以IS80-50-200模型泵为研究对象,在模型泵上设计添加了3种不同进口直径分流叶片,利用CFD软件对离心泵进行全流道三维定常湍流空化数值模拟,分析不同汽蚀余量对离心泵空化特性和叶轮内部流场的影响,探究叶轮空化初生和发展规律。结果表明:添加分流叶片后,泵的扬程、效率均有一定程度的提高,且分流叶片的进口直径对扬程和效率的影响不大;泵的H-Q曲线驼峰减弱;泵的抗空化性能均有提高。在研究的水力模型中,当离心泵短叶片进口直径为0.8D2时,泵的抗空化性能最好。添加分流叶片后,长叶片两侧压差减小,叶轮进口处的低压区范围变小,有利于提高泵的抗空化能力。     

无油润滑高速离心泵的数值模拟与实验研究

为优化高速泵冷却循环回路和提高可靠性,设计了一种采用动压流体润滑轴承的无油高速离心泵,通过工质流体润滑轴承和冷却电机,将增压流道与冷却循环流道结合,结构更加紧凑。为分析高速离心泵的内部流动特性,采用CFD方法对该泵在设计转速下不同流量时泵内部的流动情况进行了数值模拟,并在搭建的测试台上对模型泵的水力性能进行了实验研究。研究表明:高速离心泵设计工况下内部流道中相对速度和总压的分布均匀;模拟计算的泵扬程和效率与实验值接近,模拟值具有较高精度;工况条件对泵的水力性能有较大影响,应避免过小流量运行。     

基于CFD的离心泵叶轮内部流动分析与试验对比

为了解有空间导叶的离心泵叶轮内部水力性能,借助NUMECA公司的FINE软件,采用NavierStokes方程和Spalart-Allmaras湍流模型,分别在0.8Qopt、Qopt、1.2Qopt工况下对离心泵内部流动进行数值模拟计算。结果表明,随流量的增加,靠近进口边叶片吸力面的抗空蚀性能逐渐增强;叶片间轴向漩涡的位置与流量无关;出口边径向速度随流量增加而增大;出口边切向速度随流量增加而减小。与试验结果的比较表明,在Qopt工况下,数值模拟能有效预测泵内部的复杂三维流动与水力性能。     

导叶叶片数对离心泵特性的影响

在比转速n_s=71的离心泵研发过程中,针对叶片数z=5的叶轮,为选择适宜叶片数的导叶,采用CFX软件对单级研发泵进行非定常数值模拟研究,分析了不同工况下导叶叶片数分别为6、7、8时泵的外特性、压力脉动和叶轮径向力,针对小流量工况径向力的较大差异,进一步对比了叶轮内流场。结果表明,减少导叶叶片数可提高较大流量工况的扬程和效率,但可能导致小流量扬程下降;小流量区间导叶叶片数对压力脉动的影响较为复杂,而较大流量工况增加导叶叶片数有益于改善压力脉动;此外,导叶叶片数越多,非额定工况的叶轮径向力越小,特别是在小流量工况,增加导叶叶片数提高了叶轮流场的均匀性,径向力缩小约4倍。最终对整体性能较优的7叶片导叶进行排产和试验,其中扬程计算误差不超过5.9%,表明数值模拟结果具有一定精度。     

不同空化数下船用离心泵空化诱导噪声特性研究

为研究空化对船用离心泵流动诱导噪声的影响,试验分析了一台比转速ns=132.7的船用离心泵的扬程系数-空化数(ψ-σ)曲线和不同空化数下的空化诱导噪声。结果表明,随空化数减小,空化程度加剧,气泡从叶片进口边背面向叶片根部发展,空化诱导振动噪声呈先略微降低再升高的趋势,噪声能量由低频段向高频段转移;当空化数达到临界值,高阶叶频处声压峰值抬高;当空化程度十分严重时高频区域宽频带声压水平显著升高。     

微型高速泵小流量工况空化特性数值分析

通过CFturbo与UG软件建立及优化模型,基于RNG k-ε湍流模型和Rayleigh-Plesset空化模型,利用CFX(计算流体力学)软件对微型高速离心泵进行数值模拟。通过小流量和不同进口总压工况,对叶轮进口段流动特性、叶片表面和叶轮流道的静压分布以及叶轮流道内空泡数分布3个方面进行流场分析。结果表明:流量对叶轮进口段回流影响较大;叶片前缘到后缘的压力逐渐增大,叶轮流道进口到出口的压力也逐渐增加;扬程系数陡降前的振动是叶轮空化不稳定引起的,随着空化系数的降低,空泡体积数逐渐占据整个叶轮流道,空泡分布也由不对称转变为对称结构;为微型高速泵的设计和研究提供了理论基础。     

叶片进口安放角对离心泵性能影响

为全面了解进口安放角对离心泵性能的影响,在型号为DFG150-9离心泵叶轮水力模型基础上添加正负冲角,获得6组叶片模型,利用RNGκ-ε模型考虑湍流影响,采用均质多相模型和Rayleigh-Plesset方程考虑空泡生长和溃灭,对6组模型进行三维定常湍流数值模拟,并对效率、扬程和空化余量等进行预测和对比分析。结果表明,添加负冲角,泵效率下降很多,效率曲线向小流量方向偏移,且加速泵抗空化性能恶化;添加0°～15°冲角,所加正冲角越大,小流量区效率越低,大流量区效率越高,且效率曲线向大流量方向偏移,对泵空化性能影响不明显;当正冲角添加至20°时,泵抗空化性能急剧下降,泵效率下降很多。     

叶片数对离心泵瞬态空化特性的影响

为研究叶片数在离心泵设计工况下对瞬态空化特性的影响,基于SST k-ω湍流模型和Zwart空化模型,以3种叶轮叶片数的离心泵为研究对象对其内部空化流动进行三维非定常数值模拟。结果表明:对于3组不同叶片数(Z=4、5、6)的叶轮,随着叶片数逐渐增加,离心泵扬程增加,但效率无明显差异;不同叶片数离心泵的空化特性曲线不同,临界空化点压力以及扬程断裂值不同,3种叶轮方案在无空化时的扬程分别为44.8、41.8和39.2 m,扬程断裂的相对值分别占其扬程的27%、25%、32%,即Z=5的叶轮离心泵扬程下降最少;在叶轮的一个旋转周期内,随着时间的增大,Z=4的空泡体积逐渐增加,Z=5和Z=6的空泡体积逐渐减小;叶片数较少时,叶轮流道内相对轴面漩涡运动剧烈,流体的绝对速度降低,造成泵压头的衰减,加速空化发生。     

叶片数对低比转速离心泵性能影响分析

振动及空化是影响离心泵性能的重要因素。为了进一步优化流道,提高离心泵的性能,在保证离心泵其他参数不变的情况下,设计了3种不同叶片数叶轮。对3种离心泵进行全流道三维非定常湍流数值模拟,分析叶片数对离心泵性能的影响。结果显示:不同叶片数离心泵在两个监测点的压力脉动主频都是相对应的叶片通过频率,次频为叶片通过频率的倍频。叶片数的变化对隔舌处的压力脉动变化影响较大。随着叶片数的增加,离心泵的扬程逐渐增大,离心泵的效率变化比较复杂,当叶片数为5时,离心泵的效率最高。随着进口压力的不断降低,离心泵叶轮所受扭矩发生变化,在临界空化余量附近,泵扭矩发生陡降。     

粒径对高比转速离心泵瞬态流动特性的影响

基于RNGk-ε湍流模型,利用ANSYS软件对一高比转速离心泵进行固液两相流非定常数值模拟,分析颗粒粒径变化对压力脉动、瞬时湍动能以及径向力的影响.结果 表明:随着粒径增大,在小流量工况下离心泵效率逐渐降低,而在大流量工况下离心泵效率先增加后降低;在叶轮流道内靠近进口处其压力值先减小后增大,在流道中段及出口段处其压力值...     

Statistical characteristics of suction pressure signals for a centrifugal pump under cavitating conditions

Centrifugal pumps are often used in operating conditions where they can be susceptible to premature failure. The cavitation phenomenon is a common fault in centrifugal pumps and is associated with undesired effects. Among the numerous cavitation detection methods, the measurement of suction pressure fluctuation is one of the most used methods to detect or diagnose the degree of cavitation in a centrifugal pump. In this paper, a closed loop was established to investigate the pump cavitation phenomenon, the statistical parameters for PDF (Probability Density Function), Variance and RMS (Root Mean Square) were used to analyze the relationship between the cavitation performance and the suction pressure signals during the development of cavitation. It is found that the statistical parameters used in this research are able to capture critical cavitation condition and cavitation breakdown condition, whereas difficult for the detection of incipient cavitation in the pump. At part-load conditions, the pressure fluctuations at the impeller inlet show more complexity than the best efficiency point (BEP). Amplitude of PDF values of suction pressure increased steeply when the flow rate dropped to 40 m³/h (the design flow rate was 60 m³/h). One possible reason is that the flow structure in the impeller channel promotes an increase of the cavitation intensity when the flow rate is reduced to a certain degree. This shows that it is necessary to find the relationship between the cavitation instabilities and flow instabilities when centrifugal pumps operate under part-load flow rates.     

吸入室对双吸中开泵汽蚀特性的影响

针对双吸中开泵吸入室结构的自由性和复杂性加大了设计难度、改变了叶轮的进口流动环量及均匀度并影响泵的汽蚀性能,采用理论方法研究了叶轮进口环量对汽蚀性能的影响,并对一单级双吸中开式离心泵的吸入室进行了优化改型,用数值模拟和试验方法验证了改进型半螺旋吸入室对叶轮汽蚀特性的改善效果。结果表明,进口稍微带正环量能改善叶轮的汽蚀性能,但正环量加大到一定程度后汽蚀又会逐渐恶化;吸入室对叶轮汽蚀的影响因素包括叶轮进口环量和进口流场的均匀度,改进型的半螺旋吸入室提供了叶轮进口的正环量,并提高了叶轮进口流场的均匀度、大幅降低了泵的必需汽蚀余量。     

采用开缝叶片流动控制的低比转速离心泵数值模拟与试验研究

基于流动控制技术,以某型号的低比转速离心式不锈钢冲压叶轮作为研究模型,采用数值模拟和试验研究了叶片不同开缝位置(r/R)对叶轮内部能量、湍流动能及耗散率分布的影响,同时制作了开缝叶片离心泵样机模型,并进行了试验验证,分析了叶片上开缝的相对位置对离心泵的扬程及效率等外特性的影响,比较了叶片有、无开缝的性能变化。研究结果表明:叶片开缝的位置对叶轮内流体能量的分布以及获得的总压能影响较大;开缝的存在会引起离心泵内部流场的变化,在开缝的地方会产生湍动能及耗散率的突变;不同的开缝相对位置对离心泵性能影响不同,开缝的相对位置为0.875,与没有开缝叶片的离心泵相比,效率提高了1.52%,拓宽了离心泵的高效区间,在大流量时,开缝存在起到了抑制分离的产生,提高了离心泵的扬程,改善了叶轮流道中流体的流动状态。     

离心泵叶轮穿孔对空化性能的影响

为分析离心泵叶轮开孔对空化性能的影响,选取一普通离心泵作为研究对象,在进口易空化区不同位置做不同直径的贯通孔,利用CFD仿真软件,对模型进行全流道三维定常湍流空化数值模拟,研究在不同进口汽蚀余量条件、不同开孔位置和不同开孔直径对离心泵性能影响。结果表明:开孔会造成叶轮内能量损失,损失大小与开孔直径和孔内平均流速正相关;开孔对离心泵空化性能影响主要取决于流体在吸力面与压力面之间的能量差和开孔造成的能量损失之间的差值,差值为正则抑制空化,差值为负则加剧空化;扬程和效率随开孔直径先升高后下降,当穿孔直径为3 mm时,达到最大值;开孔会影响叶片吸力面压力及流场分布;综合看,在C=0. 5流面开孔优于在C=0. 9流面开孔。     

Cavitation in semi-open centrifugal impellers for a miniature pump

Cavitation in miniature pumps was investigated experimentally for two semi-open centrifugal impellers. Although both impellers had the same blade cross-section, one impeller had a two-dimensional blade, while the other had a leaned blade. The flows were also analyzed using a numerical model of the three-dimensional turbulent flow in the pumps near the peak efficiency point using the k-? turbulence model and the VOF cavitation model. The average cavitation performance of each impeller was satisfactorily predicted by the numerical simulations. The results show that the miniature pumps have similar cavitation performances as an ordinary-size pump, with the cavitation performance of the semi-open impeller reduced by increased axial tip clearances. Also, both the hydraulic and cavitation performance of the semi-open impeller were improved by the leaned blade. The results also show that uniform flow upstream of the impeller inlet will improve the cavitation performance of a miniature pump.     

基于CFD的离心泵内部流场数值模拟

采用GAMBIT建模划分网格,基于CFD技术,采用雷诺时均N-S方程和RNG k-ε湍流模型对离心泵内部的二维湍流流动进行了数值模拟,得到了离心泵内部流场的压力分布、速度分布及气蚀特性规律。结果表明,叶轮内部流体从叶片入口到离心泵出口速度不断降低,压力不断升高。同时,得到了气蚀分布特性,在所研究工况条件下,气蚀首先在叶片两侧出现。模拟结果对工程实践和离心泵水力性能研究有一定的指导意义。     

基于正压模型的离心叶轮空化性能分析

鉴于空化数值模拟软件适用范围和计算精度尚需进一步检验,采用Star-CD软件,以一种界面捕获方法来模拟空化,并选择正压模型对离心泵内部流场进行模拟,计算得到了各单元和节点的压力、速度和液体体积分数,通过调整进口断面参考点的参考压力,模拟了叶轮内的空化发生和发展过程,对比了空化发生后的性能参数与基准值。结果表明,正压模型能较好地预测叶轮的空化性能。     

叶片厚度分布对两级离心泵空化性能的影响

针对叶片厚度分布对两级离心泵空化性能的影响,通过对第一级叶轮叶片的厚度分布进行优化,研究其对泵外特性、压力脉动以及流体激励力的影响。结果表明：采用线性厚度分布的对称叶片时,前缘厚度对空化性能的影响最大,叶片越薄,泵的抗空化能力越强;随着尾缘变厚,压力脉动幅值向叶轮进口方向偏移,且随着叶片厚度减小,压力脉动幅值相应减小。第一级叶轮流道内的压力脉动主频为干涉叶频,保留高幅低频的宽频特征,所受空间三向力的脉动主频为2倍叶频,轴向力较小,脉动幅值较低,径向力的主要信号成分是叶频和2倍叶频。     

Approaches to stable operation of shaftless centrifugal pump

The shaft-less impeller of the centrifugal pump, which is driven by the magnetic induction, was developed. The impeller rotates under the floating condition without any control device. The floating condition of the impeller is realized by utilizing the pressure in pump casing. The pump performance and the rotational behavior of the impeller were investigated experimentally. It has found that the floating position of the impeller become quite unstable in a partial flow rate operation. And the pressure distribution at the casing wall affects the rotational posture of the impeller. This paper presents the effect of the casing treatment on the rotational posture of the impeller and the pressure distribution. The reasonable casing treatment is available for the stable rotational posture of the impeller.