多级离心泵叶轮口环磨损监测方法研究

采用计算流体动力学理论对多级离心泵整机流场进行了建模,分析了多级离心泵口环间隙对整机流场的影响,得到了多级离心泵效率随口环磨损变化的曲线,引入了轴向振动指标,将效率与轴向振动相结合,提出一种口环磨损量实时监测评估方法。建立了多级离心泵实验台,将实验结果与模拟结果相对比,验证了所提出方法的可行性。通过实验分析了口环磨损故障与叶轮腐蚀以及堵塞故障的特点,排除了叶轮腐蚀及堵塞对口环磨损实时监测的影响,完善了所提出方法。     

多级离心泵级间匹配效应的研究

为研究多级离心泵各级性能之间的匹配效应,基于N-S方程及k-ωSST湍流模型,对一台11级卧式离心泵进行全三维流动数值计算,获取其外特性曲线,并与试验结果进行了对比验证。在此基础上,对泵内具有相同水力模型的中间各级性能进行了分析并与其均匀入流单级的仿真计算结果进行对比研究。结果表明,基于CFD分析的方法可有效预测多级离心泵的水力性能;多级泵中具有相同水力模型的中间各级的性能参数略有差别,在小流量下差异变大;均匀入流的单级CFD计算的水力性能与整泵CFD计算的级性能之间存在较大的差异,在对多级离心泵进行水力设计与优化时,需考虑这类级间匹配效应的影响。     

冲压焊接多级离心泵叶轮内部流场的计算机辅助分析

基于时均N-S方程、标准κ-ε湍流模型和壁面函数法,在旋转坐标系中利用SIMPLE算法,对圆柱型、机翼型和堵塞流道型三种类型叶片的冲压焊接多级离心泵叶轮内部三维湍流流动进行数值计算与分析.研究冲压焊接多级离心泵叶轮叶型对流速分布、压力分布和泵性能的影响规律,揭示离心泵叶轮通道内部流动的主要特征.利用计算流体动力学(CFD)商用软件ANSYS CFX的数值计算结果,得到了三种类型叶片的叶轮在设计工况下的效率,并与相关的试验数据进行了比较.预测结果与相关的试验数据相吻合,验证了利用ANSYS CFX对冲压焊接多级离心泵叶轮内部流场进行数值模拟的可行性和有效性,减少了对试验数据和设计经验的依赖,为冲压焊接多级离心泵叶轮方案的优化和选择提供参考.     

多级离心泵振动现象的谐响应分析

影响多级离心泵异常振动的因素众多,如管路特性对泵工作特性的影响;输油量变化对泵工作特性的影响;空化现象对泵工作性能及振动特性的影响;离心泵转子不平衡等都会造成多级离心泵产生异常振动.针对离心泵转子不平衡可能会导致多级离心泵异常振动的问题,通过SolidWorks对离心泵转子进行三维建模,并用ANSYS对模型进行了谐响应分析,根据分析结果可以判断出叶轮受损或泵轴轻微变形使离心泵转子谐响应值发生较大偏差,得出了引起多级离心泵异常振动的原因是叶轮受损或泵轴轻微变形导致转子质量分布不均所造成的.将分析结果用于实际生产指导,对原油外输站外输泵的重点部位进行了检查修复,消除了离心泵震动异常现象.     

多级多出口离心泵的流动能耗计算分析

采用CFD技术对多级多出口离心泵的能量损耗进行分析研究。当泵出口设置在多级泵中段时,泵出口下游段泵级出现明显的大尺度涡旋,级内的液流处于自循环状态造成严重能耗。为定量掌握分析该部分能耗,将泵出口后下游段的流动域卸除进行模拟计算及性能预测,与原模型的性能对比得到能量损失结果。计算结果显示,随着泵出口下游段级数的增多,泵扬程没有明显变化,泵总效率却显著下降,但平均每级效率损失减少。     

D46-50X4型节段式多级离心泵轴向力研究

节段式多级离心泵是一种广泛应用于工农业等国民经济各个行业的机械装备,由于其结构的复杂性,对其水力性能优化和平衡轴向力一直是多级离心泵的研究重点。文中以型号为D46-50X4的节段式多级离心泵为研究对象,建立了叶轮和导叶对中、叶轮相对导叶左移1mm、左移2 mm、右移1 mm、右移2 mm五种装配关系的单级全流场水体模型,选取0.25Q、0.5Q、0.8Q、1.0Q、1.5Q、2.0Q六个工况点进行数值模拟计算,根据计算得到的单级扬程、效率和轴向力及其分力值,做出不同工况下相关受力曲线图,分析总结了多级离心泵轴向力及其分力、单级扬程和效率在不同工况、不同轴向间隙时的变化规律。     

间隙汽蚀对高压多级离心泵的影响分析

针对高压多级离心泵日常运行过程中,在入口压力(装置汽蚀余量)足够的情况下,泵仍然出现汽蚀现象,引起一定的噪声和振动,严重时轴甚至抱死无法运行。同时在泵维修时经常发现导叶、蜗壳、口环表面等部位出现不同程度的汽蚀破坏现象。本文首先对间隙内产生汽蚀现象的原因及对泵部件的影响进行了初步分析,然后采用CFD计算模拟了间隙内汽蚀产生过程,最后提出了改善间隙汽蚀的解决措施,对高压多级离心泵长周期安全稳定运行具有重要意义。     

离心泵转子振动研究现状与展望

针对国内外文献中所分析的离心泵转子振动的影响因素,结合试验所得结果对离心泵的计算模型、计算设计方法和振动故障等研究现状进行综合分析,提出离心泵转子振动分析应在已有的分析理论基础上分别分析离心泵的汽蚀、流体激振、密封间隙力等因素对离心泵转子振动的影响,并提出将流固耦合、汽蚀和碰摩耦合理论综合起来分析离心泵转子部件的振动现象.     

多级离心泵全流道流场的三维定常数值研究

基于雷诺时均N-S方程和标准k-ε湍流模型,采用多重参考坐标系法,对某型多级离心泵进行全流道流场在设计工况下的三维定常数值计算,得到了多级离心泵内每一级典型截面的静压、总压、速度和迹线的分布规律。数值计算结果对多级离心泵的水力设计或改型优化设计具有指导意义。     

平衡鼓结构对多级离心泵性能影响的研究

该文以2台多级离心泵为研究对象,通过CFD理论分析和试验结合的方法,分析并验证几种不同结构形式的平衡鼓性能,探究影响平衡鼓性能的关键因素。结果表明:其平衡鼓间隙所在的直径、间隙长度、间隙值和单双向齿对平衡鼓泄漏量的影响远高于其他因素。     

湍流模型对多级离心泵性能预测的适用性

为了研究不同湍流数值模拟方法对多级离心泵性能预测的适用性,分别采用雷诺时均法(标准k-ε)、大涡模拟法(LES)和分离涡模拟法(DES)对具有相同结构参数的MD450-60×4多级离心泵内流场进行三维模拟,得到对应的计算扬程和水力效率。再根据经验公式将预测的水力效率转化为泵的运行效率,通过预测值与实验值的平均误差对比结果发现,标准k-ε、DES和LES湍流模型的扬程平均误差分别为14.91%、3.88%和4.41%,效率平均误差分别为7.82%、3.14%和2.86%。因此DES和LES模型计算的结果均满足多级离心泵数值模拟的精度要求。     

平衡盘的优化设计

为最大限度减少节段式多级离心泵平衡盘的泄漏损失,提出以泄漏损失最小为目标函数的优化数学模型,并进行了优化计算.     

叶轮背叶片与盖板的间隙对平衡轴向力的影响

选用带有背叶片结构的IH100-65-250化工离心泵为计算模型,利用SolidWorks对五种不同背叶片与盖板间隙δ的三维实体进行分组建模,基于RNG k-ε湍流模型和SIMPLE算法,对离心泵的轴向力和水力性能进行数值模拟。数值模拟所得到的F-δ曲线与试验结果吻合较好,验证了计算方法的准确性。研究表明:背叶片与盖板的间隙大小对离心泵的轴向力和水力性能有一定的影响,随着间隙的增大,效率和扬程都降低,轴向力先减小后增大;间隙过小时,离心泵内会产生与原方向相反的轴向力;为了使离心泵能够获得最佳的轴向力和水力性能,背叶片端部与盖板的间隙δ的合理取值范围为(0.8¹.2)mm。     

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。     

平衡的优化设计

为最大限度减少节段式多级离心泵平衡盘的泄漏损失，提出以泄漏损失最小为目标函数的优化数学模型，并进行了优化计算。     

诱导轮和离心泵叶轮内部空化流动数值分析

为了提高诱导轮离心泵的空化性能和运行稳定性,阐明诱导轮和离心泵叶轮几何参数对空化性能的影响规律,基于空泡可压缩性影响修正的RNG k-ε模型和改进的空化模型,对诱导轮和离心泵叶轮内部流场进行空化数值计算。数值结果表明:在小流量工况和额定工况下,空化性能曲线基本一致;在大流量工况下,空化特性曲线波动相对比较严重,空化性能较差。额定流量下泵蜗壳水力损失最小,小流量工况下蜗壳水力损失最大。临界汽蚀余量时,蜗壳水力损失突升。无空化条件下,随着前口环间隙值的增大,诱导轮扬程、效率和前口环间隙泄漏量增大,泵和叶轮的扬程、效率值降低,泵的空化特性曲线的稳定性变差,使诱导轮叶片出口液流角发生偏转,导致诱导轮和离心泵叶轮内部产生周期性的交变空化流。     

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。     

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。     

离心泵内流场的三维数值模拟及流动分析

采用标准-湍流模型和SIMPLEC算法,对离心泵内流场三维不可压湍流流动进行数值模拟,分析因泵体的非对称结构以及叶轮、蜗壳间较小间隙导致的内流场非对称性.并以计算流体力学(CFD)分析结果为依据,对离心泵蜗壳进行了优化设计,揭示了泵内流道的压力及速度分布规律,为离心泵的性能预测、水力设计及优化设计提供了依据.     

对称半螺旋形吸水室对多级离心泵汽蚀性能的影响研究

为提高环形吸水室的节段式多级离心泵的抗汽蚀性能,采用对称分布的半螺旋结构对环形吸水室进行水力优化,并对优化前后的多级离心泵进行数值计算和流场分析,最后进行汽蚀试验验证。研究结果表明,优化后的环形吸水室的流场结构有了较明显的改善,增大了首级叶轮叶片入口边的压强,提高了泵的抗汽蚀性能。经汽蚀试验验证,泵的汽蚀性能完全达到设计要求。