ASP泵转子疲劳寿命研究与可靠性分析

以单级双吸式离心泵ASP150-355R为研究对象,运用Pro/Engineer对转子结构及附属零件进行建模。通过有限元软件Ansys Workbench对转子结构做静力分析和疲劳寿命分析,得出转轴最大损伤位置和最小的疲劳寿命循环次数,与静力分析的结果形成对应,验证了疲劳分析的正确性。应用Ansys APDL命令流对转轴进行参数化建模并生成概率分析文件,通过Ansys PDS模块对转轴进行可靠性分析,得出泵轴在一定置信度下的可靠度,在置信度为95%时,转轴结构的可靠度为0. 936,该泵组在设计工况下是稳定的,转子的工作性能满足设计要求。研究结果对同类泵组在设计工况下的性能有一定参考价值。     

基于多工况性能预测的双吸泵优化设计方法

大型汽轮机组供油系统中的主油泵和升压泵都采用双吸离心泵。因供油系统对这类双吸泵的性能曲线有严格要求,若采用传统的以模型试验为主的研发过程,不仅成本高和周期长,而且对泵流体动力性能的优化并无把握。本文介绍采用以全流道三维粘性流场数值模拟为基础进行性能预测的优化设计方法,通过数值模拟取代传统模型试验来实现双吸离心泵的优化设计技术。通过对引进的600MW汽轮机组配套的主油泵进行三维流场数值模拟及性能预测与试验结果进行分析对比,验证了基于多工况流场数值模拟的性能预测技术的可靠性。结合国内大型汽轮机组配套的主油泵优化设计和自主创新开发的需要,以某300MW汽轮机组配套的主油泵改造为具体对象进行优化设计,使其性能得到了很大的提高,进一步证明文中提出方法的可行性和可靠性。     

低比转速开式叶轮高速离心泵的优化设计系统

提出基于Navier-Stokes方程和Spalart-allmaras湍流模型流动分析的低比转速开式叶轮高速离心泵优化设计系统,该系统由四个部分组成:基本参数的优化设计、性能预测、流动分析和信息反馈。根据提出的方法,对一台开式叶轮高速离心泵进行实例设计和实验研究,取得了较好的性指指标:泵的扬程流量H-qv特性线几乎是一条直线,扬程系数达到了0．7以上;汽蚀性能也满足要求;叶轮内部压力和速度分布合理,表明采用加大流量设计方法能设计出性能优异的低比转速开式叶轮高速离心泵,此设计方法是合理可行的,对开式叶轮高速离心泵的设计具有指导意义。     

离心泵内部空化流动的定常数值模拟及性能预测

为了研究离心泵内部的空化流动,利用fluent软件中的空蚀模型及混合流体两相流模型,对离心泵的三维湍流空蚀流场进行定常数值模拟,根据模拟计算结果显示的液相和空泡相流动特征,预测了离心泵在设计工况下运行时流道内空化发生的位置和程度;通过分析空蚀发生过程中叶片上的压力分布,揭示出离心泵流道内部流场的内在特性,最后对泵的性能进行了预测,说明数值模拟可以为离心泵在特定工况下运行时的空化性能预测提供依据。     

开式叶轮离心泵性能的CFD模拟方法

现有针对离心泵性能的数值模拟研究中,由于计算时未准确考虑泵内间隙和平衡孔的影响,一些低比转速的开式叶轮离心泵的性能预测结果出现较大的误差,因此很有必要建立合理的计算方法来提高性能预测精度。以一台低比转速的开式叶轮离心泵为研究对象,对其内部流动进行三维数值模拟,探讨建模、数值方法和湍流模式对预测结果的影响。通过模型泵试验台上的性能测试,得到泵的流量、扬程、功率和效率等性能参数。通过对比数值模拟与试验结果,验证数值模拟的可靠性,并分析后盖板切除区域、间隙和平衡孔对流动结构和性能的影响。分析结果显示,改进模型能很好地预测开式叶轮的性能,在计算模型中忽略后盖板切除区域能提高计算精度:采用滑移面方法能够提高网格质量,但也增大了非设计工况下的计算误差:对于开式叶轮离心泵的模拟,Realizableκ-ε模型相比κ-ε,RNGκ-ε和Spalart-Allmars等模型具有更高的计算精度和稳定性。所提建模和计算方法可提高低比转速离心泵的性能预测精度,尤其适合于开式叶轮离心泵的流场模拟。     

基于CFturbo和SolidWorks的螺旋离心泵设计方法研究

螺旋离心泵是一种防堵塞性能优秀、高效区宽广以及功率曲线平坦的单叶片杂质泵,主要应用于食品输送、污水处理和制浆造纸领域。但目前该泵设计方法尚不成熟,较为依赖设计者的设计经验,同时传统的螺旋离心泵水力模型设计方法和绘制过程较为陈旧,这也造成该种泵设计效率普遍不高,设计成本较大。因此本文通过研究现有螺旋离心泵的设计方法,对现有经验公式进行修改,并使用CFturbo和SolidWorks相结合的方法对螺旋离心泵水力模型进行开发。该方法能够明显简化设计流程,且设计出的泵水力性能较好,数值计算显示,该方法设计的比转速为145、包角为600°的螺旋离心泵优化后设计工况点的水力效率达到73.83%,最佳工况点的水力效率达到75.95%。     

造水机系统高压浓海水泵轴封的组合设计

通过对离心泵常用密封工作原理、适用范围的对比介绍,以及对造水机系统高压浓海水泵工作环境和性能要求的分析,将高压浓海水泵轴封设计为机械浮环组合密封.经运转试验及实际应用证明,该密封设计满足高压浓海水泵的工作环境和高性能要求.造水机系统高压浓海水泵轴封的组合设计为高温、高压、高速、耐腐蚀离心泵的轴封设计提供了一种新的设计方法.     

大型自吸离心泵设计及试验研究

基于大流量自吸离心泵在结构上创新的设计了自吸系统,该系统主要由射流和排气装置组成,实现了大流量离心泵的自吸性能。对大流量自吸离心泵的性能进行了检测,结果表明,泵的各项指标都满足设计要求,扬程45.22 m,效率72.79%,自吸高度5.3 m时,自吸时间为62 s;自吸高度8.1 m时,自吸时间为173 s,自吸时间小于国家标准规定值。该泵设计合理,效率高,性能曲线平坦,高效率区宽。该泵的研制成功对于城市排涝、矿山排水、农业大型排灌具有重要现实意义。     

离心泵性能预测新方法

介绍了离心泵性能预测支持软件的新方法,不仅能更真实和准确地绘制和预测出泵的性能曲线,也为离心泵设计的性能预测提供了思路。     

无油润滑高速离心泵的变转速性能研究

转速调节是调整泵工况的重要手段,为了揭示变转速对高速离心泵的水力性能影响,本文以一台采用无油动压液体轴承支撑的高速离心泵为研究对象,采用试验方法与数值模拟,进行了不同转速下相似工况下的水力性能研究。论文通过所搭建闭式实验台上的水力测试得到了不同转速下的水力性能曲线,验证了该泵在变转速下良好的水力性能,最高效率可达35.52%。并结合ANSYS CFX软件对该泵水力部件进行了数值模拟研究,与试验结果的对比表明数值模拟能够有效对该泵的水力部件性能进行预测。论文还对该泵水力部件以设计工况为基准的不同转速下的比例相似工况进行了研究。     

离心式化工流程泵设计技术进展综述

为给高效、高可靠性化工离心泵的研发提供技术参考,介绍了离心式化工流程泵的产品及相关理论研究的现状,总结了一些常见的离心泵的水力设计方法。阐述了化工流程泵可靠性设计的发展现状、分析方法,并列举了一些通过改进水力模型及结构来提高泵的可靠性的措施。国内外化工离心泵的最新研究进展表明,化工离心泵的三元流设计和可靠性分析技术已经开始在一定范围内应用,并逐步成为高效、高可靠性产品设计的重要手段。     

High-efficiency design optimization of a centrifugal pump

Design optimization of a backward-curved blades centrifugal pump with specific speed of 150 has been performed to improve hydraulic performance of the pump using surrogate modeling and three-dimensional steady Reynolds-averaged Navier-Stokes analysis. The shear stress transport model was used for the analysis of turbulence. Four geometric variables defining the blade hub inlet angle, hub contours, blade outlet angle, and blade angle profile of impeller were selected as design variables, and total efficiency of the pump at design flow rate was set as the objective function for the optimization. Thirty-six design points were chosen using the Latin hypercube sampling, and three different surrogate models were constructed using the objective function values calculated at these design points. The optimal point was searched from the constructed surrogate model by using sequential quadratic programming. The optimum designs of the centrifugal pump predicted by the surrogate models show considerable increases in efficiency compared to a reference design. Performance of the best optimum design was validated compared to experimental data for total efficiency and head.     

叶片进口修缘对离心泵汽蚀性能影响的数值计算与试验研究

为了改善离心泵的汽蚀性能,根据经验,确定了两种叶片进口修缘形式。首先通过原型泵的外特性试验,确定了能量性能和汽蚀性能曲线。基于完整空化模型和混合流体两相流模型,对原型泵运行工况下叶轮内空化流动进行全流道数值计算。预测得到原型泵能量性能和汽蚀性能曲线,与试验曲线吻合良好;同时得到汽蚀发生过程中叶轮流道内空化发展的静态特征,与理论相符。故采用相同的数值分析方法对两种叶片进口修缘后的叶轮进行分析,分析表明：进口修缘后泵的汽蚀性能得到了提高,叶片进口工作面修缘形状越接近流线型,泵的汽蚀性能越好。对较好修缘形式的泵进行试验,得到其能量性能曲线和汽蚀性能曲线,数值分析与试验研究的曲线吻合,修缘后泵的临界汽蚀余量得到改善。研究结果对离心泵汽蚀改善的方法具有一定的指导意义。     

提高离心泵可靠性的若干措施

现代化的生产中需要越来越多的高流量、高扬程离心泵,并对这些离心泵的可靠性也提出了更高的要求。故对影响离心泵可靠性的原因进行了分析,从离心泵的设计制造环节、安装维护角度,以及选型、操作、检修等过程进行了可靠性研究;探讨了提高离心泵可靠性的措施,为离心泵的设计研究提供依据,对于指导设计具有实用意义。     

光伏水泵系统出水量预测与试验研究

基于分析和试验数据,分别对光伏水泵系统中各组成部件的运行特性进行数据拟合,从而实现对各部件与系统的数学建模,建立了光伏水泵系统的出水量预测模型。对不同辐射强度下的出水量预测值与试验值进行对比,发现当辐射强度高于500 W/m2时,该预测模型的预测结果与试验值的相对误差值均小于5%。分别对一年中光照辐射量最高与最低两天的系统出水总量进行预测与试验对比,发现全天出水总量的预测相对偏差都在3%以内,说明所建立的模型能够较为精确地预测系统的全天出水量。研究为光伏水泵性能预测和系统配置提供参考。     

Influence of blade wrap angle on centrifugal pump performance by numerical and experimental study

The existing research on improving the hydraulic performance of centrifugal pumps mainly focuses on the design method and the parameter optimization. The traditional design method for centrifugal impellers relies more on experience of engineers that typically only satisfies the continuity equation of the fluid. In this study, on the basis of the direct and inverse iteration design method which simultaneously solves the continuity and motion equations of the fluid and shapes the blade geometry by controlling the wrap angle, three centrifugal pump impellers are designed by altering blade wrap angles while keeping other parameters constant. The three-dimensional flow fields in three centrifugal pumps are numerically simulated, and the simulation results illustrate that the blade with larger wrap angle has more powerful control ability on the flow pattern in impeller. The three pumps have nearly the same pressure distributions at the small flow rate, but the pressure gradient increase in the pump with the largest wrap angle is smoother than the other two pumps at the design and large flow rates. The pump head and efficiency are also influenced by the blade wrap angle. The highest head and efficiency are also observed for the largest angle. An experiment rig is designed and built to test the performance of the pump with the largest wrap angle. The test results show that the wide space of its efficiency area and the stability of its operation ensure the excellent performance of the design method and verify the numerical analysis. The analysis on influence of the blade wrap angle for centrifugal pump performance in this paper can be beneficial to the optimization design of the centrifugal pump.     

离心式液氢泵的动力特性与传热特性分析

对输运液氢的离心式液氢泵进行低温结构设计与动力单元分析,叶轮是速度能转变为压力能获得高压流体的重要部件,对离心泵的稳定输出特性有较大的影响。其中,转子(包括转轴和叶轮)是连动部件,也属于低温泵结构性传热部件。对应用于储运系统的某小流量高压头的离心式液氢泵的叶轮和转轴部件,进行功能分区,利用CFD内嵌模块对其进行数值计算。根据运行系统中输送载荷,对低温条件下的转子部件进行热-结构耦合瞬态应力应变分析,获得其动力特性;采用流固耦合方法,对叶轮区的流体域进行数值计算,分析不同流体载荷下叶轮表面应力分布;对低温离心泵轴-叶轮的传热区进行设计,分析低温-室温隔热效果,为离心式液氢泵的设计研发、结构优化和性能改进提供理论依据和参考。     

PIV测量用模型泵的设计及测量中的误差分析

PIV(Particle Image Velocimetry)是进行离心泵内部流场研究的重要手段.为了研究离心泵内部流动情况,在参考现有离心泵结构的基础上,设计了一台PIV测量用有机玻璃模型泵,并对模型泵的可拍摄性能和水力性能进行了分析,表明模型泵适用于PIV测量,且水力性能满足要求.同时,介绍了模型泵、片光和CCD相机的布置及流场拍摄方法,分析了利用PIV测量离心泵内部流场过程中的主要误差:系统误差、示踪粒子跟随性导致的误差和光折射导致的误差,并对减小或消除误差的方法进行了探讨.     

固液两相双流道泵的设计与试验研究

提出了双流道固液混合输送离心泵的水力设计方法,研制了2台输送大直径固体颗粒的双流道离心泵,并进行了清水试验、清淤试验及输送卵石的试验研究。试验结果表明双流道泵不仅具有较好的水力性能,而且在清淤及输送较大的固体颗粒时同样具有良好的通过能力和较高的效率,证实了本文提出的固液两相双流道离心泵的设计方法是合理可行的,对固液两相离心泵的进一步研制和推广应用有一定的指导意义。