潜没式海水提升泵监测预警系统开发与应用

潜没式海水提升泵是海洋平台的重要设备,主要向海上采油平台工作机构提供冷却水,向钻井、生活等重要设施和区域提供水源。由于潜没式海水提升泵长期在水下工作,随时间变化其状态及性能受到了关注。基于此目的,设计了潜没式海水提升泵监测及故障预警系统,该系统主要包括井口压力及泵出口压力监测;泵轴承振动、温度、接近位移、电机绕组温度、润滑介质水的温度监测。利用失效模式与影响分析、模糊综合评价方法对监测数据进行分析,设计监测参数的三级预警系统。该套系统的开发与应用,可以实现对潜没式海水提升泵工作状态的实时在线监测、故障预警与诊断功能,从而为潜没式海水提升泵运维提供可靠科学依据。     

导叶周向布置位置对核主泵压力脉动的影响

基于RNG k-ε湍流模型和滑移网格模型,对核主泵导叶在不同周向位置缩比模型的内部流动进行全三维非定常数值计算。研究导叶周向布置位置对叶轮出口、叶轮-导叶间隙处以及泵壳内压力脉动的影响规律,并分析导叶周向位置对导叶下游流动的影响,结果表明:导叶周向位置对模型泵内压力分布影响较大,在时域图中,导叶位置主要影响模型泵内压力脉动的波动幅度,导叶在α=0?时压力脉动的主波动幅度最小;在频域图中,导叶位置主要影响压力脉动能量幅值,导叶在α=0?时脉动能量幅值最小。叶轮出口的压力脉动能量幅值最大,泵壳内的能量幅值最小,压力脉动主要由动、静叶间的相互干涉引起。叶轮出口、叶轮-导叶间隙处的压力脉动频率主要受叶频影响,泵壳内的压力脉动频率仅与转频有关。导叶周向位置对导叶下游的内部流动影响较大,导叶在α=0?时截面B—B内的压力分布均匀、压力梯度小。合适的导叶周向位置可有效改善泵内的压力脉动分布,进而降低泵的振动。     

基于CFD的冲压离心泵导叶出口与叶轮进口匹配的优化设计

基于三维雷诺平均N-S方程、RNG k-ε紊流模型,应用非结构网格技术,对MDP40-8-8冲压式立式多级离心泵第一级与第二级叶轮之间的内部三维流场进行数值模拟。计算分析了4组不同导叶出口直径、4组不同导叶出口安放角与同一叶轮进口匹配的速度、效率、扬程等。数值计算结果表明,冲压泵的扬程和效率随着导叶出口直径的增加先增加后下降,导叶直径相对冲压泵的性能存在一个最佳值,导叶出口安放角接近90°时次级叶轮中的静压最高,旋转速度分量最小,消除流体旋转分量的效果最好。为了验证计算的准确性和可靠性,对该装置模型进行了性能试验,并将数值模拟结果与模型试验的数据进行了对比,两者吻合较好。研究结果对产品的设计与制造具有一定的指导意义。     

轴流血泵叶轮结构仿真优化分析

采用CFD仿真技术，结合所设计的微型轴流血泵，对血泵叶轮中的速度、压力、应力等分布进行了仿真分析。研究结果表明：血泵中的流体具有非常复杂的流动情况，为了避免流动分离、压力变化过大等情况，减少剪切应力，对血泵叶轮结构提出了相应的改进意见。     

降低离心式纸浆泵压力脉动的措施

分析了离心泵内压力脉动的产生机理，分别阐述了汽蚀、回流、涡流、离心泵叶轮形状及叶轮出口与隔舌相互干扰对纸浆泵压力脉动的影响。总结出了降低压力脉动的4条途径：提高泵的抗汽蚀性能；控制进口回流；减弱出口涡流；改变叶轮和隔舌的形状，完善叶轮与隔舌参数的匹配。分析得出：从泵的水利设计方面来优化叶轮和隔舌的参数，是降低纸浆泵压力脉动的最有效方法。     

深海采矿两级离心泵固液两相流数值模拟研究

针对陆地用离心泵不能满足1 000 m深海矿浆提升要求,设计了一种高性能新型两级矿浆泵。选取叶轮和空间导叶为研究对象,采用三维雷诺时均N-S方程和修正的RNGκ-ε湍流模型,采取压力-速度隐式修正SIMPLEC算法,对两级矿浆泵内部湍流进行数值模拟,分析固液流场的分布规律,预测工作性能。结果表明:不同流量工况下,同一圆柱半径上,叶轮叶片压力面上的压力大于吸力面上的压力。流量越大,叶轮流道入口处速度越小,叶轮对固液流体的加速作用越弱,叶轮流道出口处的速度也越小。流量越大,空间导叶出口和入口处固液流体的速度差越小,空间导叶的转能效果越差,导致后流道出口处的压力越低,扬程越小,设备性能下降。但矿浆泵的效率随着流量的增加迅速增大,1 000 m矿浆泵的最佳流量工作范围为500 m3/h~600 m3/h。     

核主泵轴承滑油唧油叶轮导叶性能优化

以某核主泵轴承为研究对象,针对华龙一号对其超设计基准工况运行要求,采用CFD和Stage(Mixing Plane)单叶片通道技术对叶轮导叶进行了仿真。通过对叶轮导叶流道进出口面积的设计及叶轮导叶面积比匹配优化,提高了叶轮导叶的水力效率,对核主泵轴承在超设计基准工况中的SBO和丧失冷却水运行的安全性予以提升,结果表明:优化后叶轮导叶性能较之前有明显提高;对于该类叶轮导叶的优化,需要同时对叶轮导叶进出口流道面积进行调整。研究成果可为相关核主泵轴承用叶轮导叶优化设计提供一定的技术参考。     

面积比原理在冲压泵设计中的应用研究

基于面积比原理对冲压泵叶轮出口与导叶进口的匹配进行设计与研究,采用数值模拟和试验研究相结合的方法研究了叶轮出口与导叶进口面积比和导叶进口与导叶到泵腔壁间环形进口面积比对泵内部流场和性能的影响.分别对5种不同面积比的冲压泵模型进行计算分析,结果表明:随着叶轮出口面积F2与导叶进口面积F3比值Y=F3/F2的增大,导叶进口流速越来越小,冲压泵的扬程和效率不断提高,当由Y=1.48增大到Y=3.49时,扬程和效率分别提高了约3.0％和2.0％.随着导叶到泵腔壁间环形进口面积F的增大,导叶出口的平均静压值先增大而后又下降,冲压泵的扬程和效率也先增大后下降,当F=1 680.4 mm2(F/F3=197.2％)时,扬程和效率都达到最大值.     

小流量高扬程液氢泵水力优化和抗空化的结构设计

针对液氢在低温系统或低温储罐中输送的应用需求，依靠泵设计经验参数取值而设计的小流量高扬程液氢泵，相似定律转换为模型泵，试验测试其外特性得到：在额定工况下，与理论扬程相比，泵内存在6 m水力损失，同时，液氢总是处于近饱和状态，特别当泵前低温流体的进口压力降低或波动时，离心式液氢泵极易发生空化，造成扬程下降。以提高液氢泵的抗空化特性和提高泵水力效率为目标，建立小流量高扬程液氢泵的多目标优化设计方法，依据小流量高扬程液氢泵模型泵的外特性测试结果，对泵头的几何结构参数进行优化设计，结果表明：叶轮入口直径增大1.5 mm、直角的叶片进、出口安放角减小为60°、叶轮出口直径减小0.5 mm、叶片进口宽度减小0.1 mm,叶片出口宽度减小0.3 mm,减小流体出口间隙，有利于泵减小水力损失，提高泵效率，并改善泵的空化性能。本研究采用的计算方法为小流量高扬程液氢泵高效水力模型的优化设计提供参考，研究结果为小流量高扬程液氢泵的结构优化和获得工作特性的实验研究提供理论依据。     

后置灯泡贯流泵三维紊流计算

通过计算流体力学(Computational fluid dynamics, CFD)方法研究某一后置灯泡贯流泵内部的三维流场,采用RNG k-ε紊流模型和SIMPLE算法对泵叶轮、导叶和进出水流道内的流场进行数值模拟.分析最优工况下装置纵断面的流速和压力分布以及叶轮出口、导叶出口和灯泡体尾部的流速分布情况.着重研究小流量工况、最优工况和大流量工况等不同工况下叶片压力面、吸力面的静压分布以及各断面翼型附近的相对流速分布.同时还计算贯流泵装置各种构件的水力损失,发现导叶体和灯泡体段在水力损失中所占的比重较大.将数模计算结果与模型试验的泵装置性能数据进行对比,结果表明数模计算结果跟试验数据在高效区附近吻合较好,在小流量和大流量工况下存在偏差.采用CFD方法对灯泡贯流泵装置内部流场进行数值模拟可以为泵装置进一步设计优化提供依据.     

叶片圆盘泵叶轮结构流固耦合模态特性分析

为探究流体压力、离心力对叶片圆盘泵叶轮结构模态特性的影响,采用Fluent软件计算泵叶轮不同工况下流体压力大小及分布情况,借助Workbench平台进行叶轮结构的静态模态以及流体压力和旋转离心力作用下的模态特性分析,并对结果进行对比分析。同时,探讨了连接臂半径及位置对叶轮固有频率的影响。结果表明:叶轮的静态模态与预应力模态各阶振型基本相似,固有频率及振幅差异也不大;随着连接臂半径的增大,泵叶轮固有频率逐渐增大;随着连接臂与圆盘盖板中心之间距离变大,叶轮前三阶固有频率逐渐变小,总体上差别不大,三阶及以后各阶固有频率逐渐变大。     

叶片圆盘泵叶轮结构流固耦合模态特性分析

为探究流体压力、离心力对叶片圆盘泵叶轮结构模态特性的影响,采用Fluent软件计算泵叶轮不同工况下流体压力大小及分布情况,借助Workbench平台进行叶轮结构的静态模态以及流体压力和旋转离心力作用下的模态特性分析,并对结果进行对比分析。同时,探讨了连接臂半径及位置对叶轮固有频率的影响。结果表明:叶轮的静态模态与预应力模态各阶振型基本相似,固有频率及振幅差异也不大;随着连接臂半径的增大,泵叶轮固有频率逐渐增大;随着连接臂与圆盘盖板中心之间距离变大,叶轮前三阶固有频率逐渐变小,总体上差别不大,三阶及以后各阶固有频率逐渐变大。     

质量出口边界条件在流场模拟中的应用

利用CFD技术对流体在流场内的运动规律进行数值模拟已成为研究离心泵的一种重要方法、边界条件的定义，是流场数值模拟很关键的一部分。重点介绍了质量出口边界条件。并采用标准k-ε紊流模型以及由Patankar和Spalding提出的SIMPLE算法，利用FLUENT程序对双吸式HD型石油化工流程泵叶轮内部流场进行数值模拟，给出了其压力和速度的分布规律，揭示了其内部流动的主要特征，为双吸式离心泵叶轮设计提供了重要理论依据并利用数值计算结果绘制成泵的扬程曲线。然后和实验数值进行了比较。     

基于CFX的国内某300MWe级核电站主泵内部流场数值研究

从反应堆冷却剂泵的经济性出发,以国内某300MWe级核电站主泵为对象,利用计算流体技术(CFD)对其内部流场进行了数值研究,以效率为中心,重点分析了主泵叶轮段、导叶体段的速度、压力分布.通过计算9个不同流量点,得到了叶轮段和整个泵段的性能曲线,并根据对比分析结果提出了优化设计方案.     

采用叶轮出口斜切及导叶喉部优化改善一台节段式多级泵外特性的数值分析与试验研究

以一台节段式多级泵的次级叶轮及导叶为研究对象进行研究。通过数值模拟与试验验证相结合的方法,研究叶轮出口及导叶喉部面积对性能曲线的影响。以NUMECA为计算平台对各方案进行数值试验,发现无论是改变叶轮出口还是调整导叶喉部面积都可以减小扬程曲线驼峰,但会导致效率下降。在消除驼峰后可以优化叶轮及导叶内部流场从而提升效率。经过试验,验证优化后的模型驼峰已经消除,效率略有提升。     

基于ANSYS CFD的离心泵内部湍流数值模拟分析

叶轮是泵的核心部位,离心泵的性能参数主要包括流量、流体流速及压力,压力特性曲线的走向与叶轮的设计有重要的关系.观察离心泵的有限元分析曲线,可以准确、直观地得到叶轮内部流体的流速、压力曲线分布及内部受力情况.为了分析离心叶轮内液体流动特性,采用扩展的标准k-ε湍流方程与Smplec算法,应用流体动力学软件Fluent,对离心泵叶轮内流体流动时流体产生的湍流及压力分布进行了数值模拟,分析离心泵中流体的速度、湍流及压力场分布,最终得出叶轮的最优化设计.     

基于CFX的导叶与叶片间距对泵装置性能改变的研究

基于CFX采用数值模拟方法计算轴流泵导叶进口边与叶轮叶片出口边的平行间距S的变化对泵装置性能的影响。在质量守恒定理和动量守恒定理的基础上,应用Navier-Stoke方程和标准k-ε湍流模型,通过对轴流泵全流道三维湍流数值模拟,求解了导叶出口处的速度场和压力场。分析了S=9mm,S=12mm,S=15mm 3种情况下,流量、扬程、功率和效率的关系,研究了轴流泵导叶进口边与叶轮叶片出口边的平行间距的变化对泵装置性能的影响。     

离心泵降扬程、改轴封应用实例

利用离心泵叶轮切割理论降低泵的扬程,利用流体节流降压原理改善泵的机械密封运行环境,延长机械密封寿命。根据现场实际情况,通过分析找到改造办法,使闲置设备得以再次利用,泵的机封使用寿命得到提升,降低了出口压力后,保证了压滤机的安全稳定运行。     

非设计工况下斜流泵叶轮进出口环量变化分析

基于RNG k-ε湍流模型对斜流泵内部三维流场进行了数值计算,重点针对非设计工况下的斜流泵叶轮进出口环量分布特征进行了分析。研究结果显示,在设计点附近的叶轮进口环量受叶片进口边影响较大,不同采样线的环量分布具有一定差异,小流量工况下受到叶轮进口回流的影响,不同采样线的环量分布趋于一致。叶轮出口环量分布受采样线位置影响较小,在设计流量点时,叶轮出口呈等环量分布。在小流量工况点,受到叶轮出口回流的影响,叶轮出口外缘处的环量数值显著增大。通过研究还发现,从叶轮出口流道通过轮毂一侧回流进入叶轮的流体微团具有与叶轮旋转方向相反的圆周速度分量,其环量数值甚至低于同工况下的叶轮进口环量值。     

轴流血泵叶轮结构CFD仿真优化

轴流血泵内部流场形态产生的高剪切力是导致血液溶血的重要因素,因此,对轴流血泵中血液的流体动力分析有助于血泵性能的优化及减少血液细胞的损伤。应用计算机求解RNGk-ε方程,对所设计的微型轴流血泵叶轮中血液的流线及速度、压力、应力等分布情况进行了仿真分析。研究结果表明:血泵中的流体具有非常复杂的流动情况,为了避免流动分离、压力变化过大等情况,减少切应力,对血泵叶轮结构提出了相应的改进意见,并给出了优化后的叶轮结构。