不同叶片出口角下离心泵压力脉动及径向力分析

在试验结果和数值模拟吻合良好的基础上,开展叶片出口角对离心泵压力脉动以及径向力影响的研究。本文以两级矿用潜水离心泵为研究对象,建立4组不同叶片出口角叶轮模型,通过数值模拟获得离心泵外特性,叶轮、导叶、蜗壳的压力脉动分布及叶轮径向力特性,并进行对比分析。结果表明:离心泵内压力脉动呈周期性,当β2=16°和20°时叶轮出口压力脉动强度较大。随着叶片出口角增大,导叶和蜗壳内压力脉动均逐渐增强,且导叶内压力脉动强度大于蜗壳,不同叶片出口角下,导叶及蜗壳内脉动主频均为叶频。叶片出口角的改变也会对叶轮径向力矢量分布产生一定影响,随着β2增大,叶轮径向力逐渐增大,且首级叶轮轴向力大于次级叶轮,蜗壳比导叶有更好地改善叶轮轴向力的作用。     

离心泵叶轮轴向力自动平衡新方法

介绍了一种创新的离心泵结构,对离心泵叶轮按斜流式叶轮设计,同时采取叶轮进口端面密封及叶轮在泵轴上浮动等措施,实现离心泵叶轮上的轴向力自动平衡。对实现轴向力自动平衡的关键问题进行了深入分析,即当叶轮进口的端面密封处于紧密接触密封状态时,可以使轴向力的方向指向叶轮后盖板,推开密封端面,使叶轮轴向力自动平衡。推导出能够满足轴向力自动平衡的叶轮几何尺寸间的关系不等式,并给出具体算例进行了验证。另外,进行了进口端面密封设计、推力轴承设计,讨论了影响水泵效率的相关因素。     

螺旋离心泵不同工况下流固耦合受力分析

螺旋离心泵叶轮结构不对称性，在运行过程中所受一定的轴向力和径向力，对运行效率具有较大影响。对螺旋离心泵进行了全流道固液两相流计算，对叶轮表面压力分布、叶轮表面应力分布进行了分析，得出随着工况不断向大流量方向偏移，叶轮表面的压强逐渐增大，但叶片工作面和背面之间的压差却越来越小。流量和扬程呈负相关的关系，即流量越大，扬程越低。螺旋离心泵在运行过程中存在极大的轴向力，还受到一定的径向力。轴向力随着流量的增大而增大，扬程的增大而减小。螺旋离心泵在设计工况下运行最为稳定，越是偏离设计工况，内部流动情况越为紊乱，螺旋离心泵运行越不稳定，叶轮表面应力分布同样呈现出与流量负相关，即流量增大，叶片的应力和应变变小，在进行叶轮设计时，应在小流量工况下进行强度校核。     

半开式叶轮离心泵变叶顶间隙流动特性的研究

为研究叶顶间隙的改变对半开式叶轮离心泵内部流场及性能的影响,选取某半开式叶轮离心泵进行全流道数值模拟。结果表明,不同相对间隙下叶轮内压力变化大体趋势一致,沿着叶轮进口到叶轮出口等压线周向呈均匀分布,且总压由叶轮进口向出口逐渐递增;随着相对间隙值增大,沿圆周方向叶轮流道内压力梯度逐渐减小,由于叶顶间隙增大使叶轮流道中高压流体沿着轴向的泄漏量增加引起叶片做功能力减弱,叶轮叶片出口处局部高压区逐渐减弱。在同一径向位置间隙层中靠近叶片工作面附近流体压力较背面大,且在叶片工作面与背面两侧间隙层存在较大的压力梯度。间隙层出口处存在局部高压区,随着间隙值的增大该局部高压区有所减弱,不同相对间隙值下相对速度沿径向均匀增大。叶轮轴向截面内存在着回流、绕流等不稳定流动,轴向截面中有明显的回流涡产生。叶片工作面(PS)高压流体横跨叶顶间隙从高压区向低压区泄漏并与相邻叶片背面流道主流相互掺混并在叶片背面(SS)形成较为明显的间隙泄漏涡(TLV),间隙泄漏涡的尺度随相对间隙值的增大而增大。     

离心泵空化流场叶轮力特性研究

为进一步说明离心泵叶轮受力与空化作用的内在关联,计算以RNG k—ε湍流模型和Zwart-Gerbe-Belamri空化模型为基础,对一离心泵在两个流量(1.0Qo和0.46Qo)下的空化流动进行数值计算。结果表明:设计工况(1.0Qo)时叶轮径向力几乎不受空化作用的影响,小流量工况(0.46Qo)径向力幅值随空化系数的降低略有减少,发现流量对径向力的影响相比空化现象更为显著;两个流量下轴向力随空化的发展均出现增加,指出由空化作用引起的叶片及叶轮盖板内表面所受轴向力的减小,是导致整个叶轮轴向力增加的主要原因。     

螺旋槽干气密封静止状态密封性能研究*

螺旋槽干气密封因设备故障检修、停车等处于静止状态时,其密封性能相比旋转状态下具有明显的差异性和关联性。研究螺旋槽干气密封在静止时的密封性能。根据螺旋槽窄槽理论,得到螺旋槽干气密封静止时密封端面间气膜压力控制方程,并运用解析法求解,获得端面间气膜压力分布、开启力和泄漏率等密封性能参数。结果表明:随着边界压力或膜厚增大,静态泄漏率逐渐增大,当静态泄漏率达到JB/T11289-2012标准规定的最大静态泄漏率时,端面仍处于接触状态;静止状态下的开启力、槽根处的气膜压力和泄漏率随槽深的增加先增大,在槽深大于一定值后趋于稳定;密封端面间的开启力、泄漏率总体上随台槽宽比的增加而减小,但在台槽比为0～10范围内,开启力和泄漏率的变化不大。     

多级离心泵的轴向力研究

介绍几种型式多级离心泵叶轮轴向力的形成及其影响的诸因素。在几种多级泵及模拟装置上测量轴向力和叶轮前，后腔内压力分布。提出一种计算叶轮轴向力的方法。     

一种调整屏蔽泵轴向力的新方法研究

设置平衡孔和后密封口环的屏蔽泵的轴向力调整往往受到叶轮结构限制,对于轴向力过大的屏蔽泵,通过调整平衡孔和后密封口环直径等常规方法往往无法很好地调整叶轮轴向力。现介绍一种调整屏蔽泵轴向力的方法,在保持电机冷却水量不变的情况下,通过调整屏蔽电机冷却水孔的位置,来实现屏蔽泵轴向力的调整。     

超低比转速复合式离心泵内部流动特性分析

为研究超低比转速复合式离心泵内部流动特性,以一台比转速为16、半开式复合叶轮离心泵为研究对象,应用ANSYS-Fluent19R1软件对模型泵进行三维全流场数值模拟计算,得出泵内部流场及作用在叶轮、蜗壳上的径向力分布规律。结果表明:在不同流量工况下,随着流量的增加,在隔舌附近出现较大的压力梯度;在长叶片与短叶片相间隔流道内低速区面积较大、叶轮出口处分布较多的旋涡;当流量从0.2倍增加至1.8倍额定流量时,作用在蜗壳上的径向力幅值逐渐减小,作用在叶轮上的径向力幅值先减小后增加,在1.0倍额定流量时径向力幅值达到最小,而后增大。为超低比转速复合式离心泵的设计优化提供参考。     

端面形貌和流体剪切稀化对螺旋槽液膜密封稳态特性的影响

为研究密封端面形貌变化和润滑流体的剪切稀化特性对螺旋槽液膜密封稳态特性的影响基于幂律模型,建立考虑润滑流体的剪切稀化特性、密封端面径向锥度和周向波度的螺旋槽液膜密封稳态特性数学模型,利用有限差分法求解稳态雷诺方程,分析径向锥度和周向波度对剪切稀化流体液膜密封稳态特性的影响规律。结果表明:当锥度增大时,液膜密封开启力减小、泄漏量增大、摩擦扭矩减小,润滑流体的剪切稀化特性可以明显地减小密封端面开启力和泄漏量,稍微增大摩擦扭矩;当波数增大时,液膜密封开启力增大、泄漏量小幅减小、摩擦扭矩增大;当波幅增大时,液膜密封开启力增大、泄漏量小幅增大、摩擦扭矩明显减小;波度对剪切稀化流体液膜密封稳态特性的影响程度要稍弱于对牛顿流体的影响,但整体趋势保持一致。     

浅谈单级泵密封腔负压现象与改进

单级离心泵在运行过程中,流场对于叶轮前后盖板的压差与作用面积的乘积不等同,故而产生轴向力,因此在平衡叶轮轴向力方面一直是技术设计人员需要解决的课题。但在解决叶轮过大轴向力的同时,引申出另一存在隐患——对于密封腔压力场的忽视。基于单级离心泵ISO的叶轮轴向力平衡方式及其工作原理,结合在用现场出现的机封寿命较短的售后问题,探讨密封腔内压力场对于机械密封的影响与叶轮轴向力平衡间的关联,对泵盖上的内循环孔冲洗方案的确立与研究分析。     

螺旋离心泵叶轮背叶片对轴向力影响的数值分析

基于相对坐标系下的雷诺时均N-S方程和RNG k-湍流模型,采用非结构化混合网格技术和SIMPLEC算法,以清水为介质,对带有叶轮背叶片的80LN-6型螺旋离心泵进行全三维数值模拟。通过改变叶轮背叶片数目和宽度设计出6种不同螺旋离心泵叶轮方案,对各种方案下泵内流动进行数值模拟,获得螺旋离心泵叶轮无背叶片和不同背叶片数目及宽度下轴向力的变化趋势和规律。通过对外特性试验数据和CFD数值模拟数据对比,间接地验证了数值模拟方法的可靠性。并对6种不同螺旋离心泵叶轮方案模拟数据进行分析,结果表明,螺旋离心泵添加叶轮背叶片之后,轴向力大小发生变化,同时在不同方案中不同工况下轴向力方向也发生改变;背叶片数目、背叶片宽度对于平衡轴向力均存在最优值且对后腔及蜗壳内的压力分布有较大影响。     

平衡孔位置对离心泵轴向力影响的数值模拟研究

为了减小离心泵叶轮的轴向力,在全计算域的基础上,基于RNG k-ε湍流模型和定常计算,系统地研究了平衡孔的径向位置和周向位置对轴向力的影响。结果表明:在保持平衡孔直径不变的情况下,平衡孔径向和周向位置的变化对泵性能的影响非常小;当平衡孔到离心泵转轴的径向距离减小时,轴向力减小;平衡孔开孔位置越靠近叶片背面,平衡孔泄漏量越大,轴向力越小;减小平衡孔到转轴的径向距离并使平衡孔开孔位置尽量靠近叶片背面,能够最大幅度地减小离心泵的轴向力,计算得到的轴向力最小值比最大值减小14.99%。     

基于CFD的离心泵三维内流场的数值模拟

为了研究离心泵内部流场的流动规律,基于CFD技术,应用雷诺时均N-S方程与标准k-ε湍流模型对不同工况下二级离心泵内部的三维湍流流动进行了数值模拟,并对其内部的流动状态进行了分析,得到了离心泵内部流场的压力分布规律。结果表明:随着出口流量不断增大,泵的整体压力逐渐减小,各级叶轮的压力逐渐减小,叶轮的速度值逐渐增大。在相同条件下,离心泵进口到出口的压力逐渐增大,各级叶轮中的静压值径向逐渐增大,且次级叶轮的压力值比首级叶轮的压力值大。     

平衡孔泄漏量对离心泵轴向力的影响研究

为了研究不同泄漏量对单级离心泵叶轮在性能和轴向力方面的影响,采用试验和理论分析相结合的方式,对全流量下单级离心泵的性能以及轴向力变化规律进行了分析与研究。选用了IS200-50-45/4单级单吸离心泵搭建试验平台,在相同的试验条件下,对叶轮开3、5个平衡孔条件分别进行了试验;同时,采集了不同平衡孔数量下,离心泵性能以及轴向力的测量值,通过试验数据对离心泵性能与轴向力进行了分析;通过改变离心泵叶轮平衡孔数量,与无平衡孔情况进行了比较;采用理论分析和实验测量的方法,对离心泵的轴向力进行了研究。实验及研究结果表明:开3个平衡孔时,单级离心泵扬程下降0.4%,效率下降3%,轴向力下降60%;开5个平衡孔时,单级离心泵扬程下降0.2%,效率下降4.4%,轴向力下降69%;该研究结果可以对单级离心泵的工程实践提供一定的参考。     

变螺距叶片对螺旋离心泵轴向力的影响

采用150×100LN-32型螺旋离心泵的结构尺寸,根据螺旋离心泵的叶片变螺距型线方程设计出8种螺距变化方式不同的螺旋离心泵.以这8种不同螺距的螺旋离心泵为对象,选用清水和沙水固液两相流为介质,基于FLUENT软件,建立相对坐标系下的时均连续方程及N-S方程,并采用标准κ-ε方程湍流模型、非结构四面体网格和SIMPLE算法进行数值模拟,得到螺旋离心泵的压力分布后计算出不同螺距下的轴向力.在此基础上,将等螺距的螺旋离心泵计算的进出口压力差和试验测量值进行对比,间接地验证了利用数值模拟计算轴向力的准确性.研究不同螺距下的不同流量、不同体积分数和介质为清水时不同螺距下的轴向力变化趋势和规律,通过数据分析,可知螺旋离心泵轴向力的大小受多种因素的影响,而叶轮的螺距变化改变着内流场的变化,对螺旋离心泵轴向力的大小起着决定性作用,轴向力随着螺距变化的曲线呈现出一定的凹凸性.针对不同参数,合理地设计叶片螺距,对于提高螺旋离心泵的可靠性和稳定性具有重要意义.     

叶片仿鲨鱼鳍的导叶式离心泵数值仿真研究

针对导叶式离心泵内部流场流动不稳定的问题,运用仿生学技术和原理对鲨鱼鳍结构做了适当抽象处理,并运用在导叶式离心泵叶轮叶片前缘位置。对叶片仿鲨鱼鳍的导叶式离心泵内部流场进行了数值计算,研究了3个典型工况下离心泵内部流场的流动特性,得到了叶轮和导叶径向力的变化特性,进而分析了离心泵内部流场的湍动能分布规律,并进行了试验验证。研究结果表明:相比原模型,叶片仿鲨鱼鳍的导叶式离心泵改善了泵内流动特性,减小了泵内的湍动能分布;同时降低了叶轮和导叶的径向力,减弱了叶轮与导叶的动静干涉作用;仿鲨鱼鳍叶片减轻了导叶式离心泵内部流动的不稳定,明显提高了泵的扬程和效率等外特性参数。     

末级密封间隙对自平衡多级离心泵性能的影响

为了阐明不同末级密封间隙值变化对自平衡多级离心泵性能及其流动特性的影响,以某型号的自平衡多级离心泵为研究对象,基于泵的几何参数,建立4组不同末级密封间隙值的匹配方案,通过CFD软件对不同方案进行全流场数值模拟,并与试验结果进行对比分析。研究结果表明:随着末级密封间隙值的增加,不同工况下整泵的扬程和效率逐渐减小,泵高效点向小流量点偏移;同时在设计工况下,低压区从首级泵腔向次级泵腔移动,次级泵腔的压力梯度明显,而首级泵腔的压力梯度减弱,导致泵的首级轴向力不断增大,次级轴向力先减小后增大,总轴向力大小增加,方向指向首级叶轮进口。     

多级离心泵平衡装置的性能研究及结构优化

采用Fluent软件,对径向柱面间隙密封-平衡盘(GS-BD)、径向迷宫密封-平衡盘(LS-BD)2种平衡装置的内部流场进行数值计算。对比分析了2种平衡装置内部流场的压力分布规律、平衡装置的平衡性能和泵的容积效率。结果表明:与GS-BD相比较,LS-BD中平衡盘端面间的轴向间隙更小,泄漏率更小,泵的容积效率更高,在有轴向力波动的情况下,叶轮轴系可以更迅速地达到新的平衡状态。此外,进行了LS-BD平衡装置中迷宫密封参数优化分析,研究了迷宫径向间隙、密封腔深度、齿宽、齿数等结构参数对平衡性能的影响规律,得到了各参数的优选值。研究结果为多级离心泵平衡装置的优化设计提供了理论依据。     

预紧力对压气机叶轮切向微动特性的影响

针对叶轮轴肩与轴向螺母预紧装配方式下存在切向微动,应用有限元法建立了叶轮轴~轴肩~螺母预紧配合接触模型,通过计算结果分析了预紧力对接触面间接触压力、摩擦应力、滑移距离、摩擦功等微动关键参数的影响规律。研究结果表明,增加预紧力主要表现为切向接触面上的接触压力增大,而滑移距离会有所降低,滑移区会随着预紧力的增加而减小。研究结果可为压气机叶轮装配设计提供一定的参考依据。