机械密封用螺旋式泵效环泵送性能研究

为了研究机械密封用螺旋式泵效环的泵送性能,利用CFD软件Fluent对泵效环的内部流场进行数值模拟计算,得到泵效环内部流场的压力分布,并计算出泵效环的泵送扬程,获得了流量-扬程性能曲线,分析了泵效环的转速和螺纹头数对其泵送能力的影响。结果表明：螺旋式泵效环具有较强的泵送能力,且泵效环的转速和螺纹头数对其泵送性能都有相应的影响。随着转速的增加,泵效环扬程增大,但扬程随流量的变化幅度并不大。随着螺纹头数的增加,泵效环扬程先增加再减小,且扬程随流量的变化趋于平缓。     

宽转速摆线泵空化及流量输出特性研究

主动减震系统摆线泵工作转速范围宽，最高达6000 r/min,随着转速的变化，摆线泵密封容积腔、吸油口极易产生空化现象，进而影响摆线泵流量输出特性。提出了一种结构紧凑型动力单元，基于摆线泵宽转速运行工况，研究不同转速下摆线泵最小密封容积腔、吸油流道气相体积分数变化规律。研究结果表明：当摆线泵转速为1000 r/min时，最小密封容积腔含气率50%附近的区域占比大，当转速为6000 r/min时，最小密封容积腔含气率90%附近的区域增加明显；摆线泵工作在2000 r/min时，入口加压0.5 MPa气相体积分数最大为0.018,入口为大气压时的气相体积分数最大为0.1,当转速增加至6000 r/min时，入口加压能够有效控制吸油流道气相体积分数，改善摆线泵流量输出特性。     

双流道泵输送固液介质的水力性能及磨损试验研究

为分析固液混合物对双流道输送泵性能的影响,采用平均粒径为10 mm和36 mm的固体颗粒对双流道泵在不同浓度和流量下开展输送固液两相介质的水力性能试验,并对泵的磨损进行分析。水力试验结果表明,在一定的流量下,随着输送混合物中固体颗粒浓度的增加,入口表压、出口表压、扬程及效率呈递减趋势。 与输送清水时比较,当输送固液两相介质时,随着流量的增大,轴功率上升较快,扬程的下降量在不同流量下几乎相同;效率曲线在不同流量下比输送清水时效率要低,差值随着流量的增大而增大。在同流量同浓度比工况下,泵的进出口压力、扬程和汽蚀性能在输送较大直径固体颗粒时,明显下降。通过对双流道泵磨损的分析表明,叶轮磨损部位主要在前盖板外缘、流道内偏前盖板的流道表面、压力面进口边,压力面的磨损区域呈三角形;泵体的磨损部位主要在周壁、隔舌及泵体口环处。本研究可为固液两相双流道离心泵的理论研究与设计应用提供试验依据。     

高含气率下双螺杆多相混输泵泄漏分析及其对容积效率的影响

对双螺杆多相混输泵的泄漏通道进行了分析,建立了简化后的混输泵泄漏的数学计算模型,包括建立齿顶间隙泄漏模型、齿根间隙泄漏模型、齿侧间隙泄漏模型。并利用泄漏模型结合双螺杆内部泄漏通道的分布特点和容积效率的计算公式提出了双螺杆混输泵容积效率的数学计算模型。利用已有文献中的试验数据验证了理论计算模型的准确性,并且计算与试验值进行对比并分析了高含气率下含气率、转速、介质粘度对混输泵容积效率的影响。结果表明:当含气率在80%～95%之间增大时,齿顶和齿根间隙的泄漏量随之减小,而齿侧间隙的泄漏量先减小后增大,泵的容积效率会随介质含气率的增加而增大;但当含气率大于95%时,泵的容积效率会急剧下降,所以在混输泵工作时应当尽量将含气率控制在95%以下。同时双螺杆混输泵的容积效率会随着转子转速的增大而提高,随着所输送介质的粘度的增大而增加。     

不同转速下液体透平的性能研究

为了明确转速对离心泵作液力透平的性能影响,本文基于Navier-Stokes方程和标准的湍流模型,采用SIMPLE算法,应用商业软件ANSYS-FLUENT对转速分别为750,1000,1500,2000和2900 r/min下的液力透平进行了数值模拟,得到了不同转速下液力透平的外特性曲线。结果表明:对于所研究模型而言,随着转速的不断增大,液力透平最优效率点的效率呈增大趋势,但增加梯度相对较小;最优效率点的流量与转速呈线性增加的趋势;扬程与功率均随着转速的增加而增大,其中扬程在小流量工况时增加梯度较大,而在大流量工况时增加的梯度相对较小;功率的变化规律恰好与扬程变化规律相反,即功率随着转速的增大在小流量工况时增大梯度较小,而在大流量工况时急剧上升。另外,根据不同转速下液力透平的性能特点得出:在小流量工况时,降速对提高液力透平的效率有显著作用,与之对应,在大流量工况运行时,增加转速也可以提高液力透平的能量回收能力,但前提是需要保证结构强度满足要求。总之,该研究结果可对液力透平的经济运行提供部分参考。     

叶片式混输泵入口段气液两相流场可视化试验

气液两相混合流体在叶片式混输泵内的流动与入口段气液混合程度有直接的关系,故在混输泵入口前端设置了自行设计的缓冲均化器,并通过可视化试验探索入口段气液两相流型及气泡直径随转速和入口含气率的变化规律。研究发现:经过缓冲均化器后,气液两相流体在混输泵入口段表现为均匀的泡状流,无大团气泡聚集现象,说明缓冲均化器结构及多孔管开孔方案合理,能够起到均匀混合气液两相流体的作用;在同一转速和液相流量下,混输泵入口段气泡直径变化规律呈正态分布,随着入口含气率的增加(0~50%),气体总流量增加,在均化器中与水混合后形成的气泡初始直径逐渐增加,使得混输泵入口段气泡直径也逐渐增加;在同一液相流量和入口含气率工况下,气泡的初始直径相同,而随着混输泵转速的增加(1 800~2 700 r/min),入口段流体旋转角速度增大,导致液相对气相的拖曳力也相应增大,最终导致气泡直径变小;绘制了泵入口气泡直径随入口含气率及转速的变化规律曲线,可以为混输泵内流场数值模拟中入口气液两相流型及平均气泡直径的设置提供参考。     

转速对AP1000核主泵水力性能影响的试验研究

为研究转速对AP1000核主泵水力性能的影响,制造一台核主泵水力模型样机,通过变频改变转速,进行了试验研究,分别对比了核主泵在50Hz(1495r/min)、40Hz(1195r/min)、30Hz(895r/min)3种不同转速下的Q-H、Q-P、Q-η曲线,运用相似比例定律,变换得到相似变换曲线,对比试验和相似变换曲线,得到结果如下:50Hz时该水力样机的过流部件满足设计要求,其性能曲线具有混流泵的特点,有无过载特性,高效区较宽,大流量时具有较高的效率;压水室截面形状对核主泵水力样机性能变化趋势影响有限,决定其性能的主要因素在于叶轮;转速改变时外特性曲线变化趋势相同,但转速降低,扬程下降缓慢,Q-H曲线相对平坦,最大轴功率点向大流量偏移,泵的总体效率下降,最高效率降低,同时高效区变窄。转速降低超过20%相似比例变换公式失效,引入了修正系数对相似变化曲线进行修正。     

考虑有效体积弹性模量的柱塞泵流场仿真分析

为提高柱塞泵的寿命和安全可靠性,确定柱塞泵合理的工作范围,运用FLUENT对轴向柱塞泵的运动特性进行仿真分析,研究了油液的含气量、变转速、温度与柱塞泵出口流量脉动之间的关系。仿真结果表明:油液的含气量对油液压缩性产生很大的影响,对泄漏流量影响较小;负载压力一定时,主轴转速超过2 600 r/min左右时,容积效率随着转速的增大而减小;压缩流量和泄漏随着温度的升高而增大。模型的准确性得到了实验验证,为开展柱塞泵的非线性动力学及故障演化机理等方面的研究提供了有效的工具。     

含气率对往复式油气混输泵排出性能影响

为了研究含气率对往复式油气混输泵排出性能的影响及转速、含气率、流量的相互关系,基于标准k-ε湍流模型和混合多相流模型,采用计算流体力学软件中的动网格技术和用户自定义函数,在介质含气率不同时对混输泵的排出过程进行三维动态仿真模拟。结果表明:介质增压速度、最大流量、平均流量与含气率成反比。根据转速、含气率、流量关系曲线调节转速,使泵的流量与抽油机流量相匹配,为往复式油气混输泵性能参数的选择及现场应用提供数据参考。     

低转速对核主泵水力性能影响的试验研究

为研究低转速对水力模型性能的影响,选择了一台核主泵水力模型样机,通过变频改变转速,进行了试验研究,分别对比了核主泵在50 Hz(1495 r/min)、40 Hz(1195 r/min)、30 Hz(895 r/min)3种不同转速下的Q-H、Q-P、Q-η曲线,运用相似比例定律,变换得到相似变换曲线,对比试验和相似变换曲线,得到结果如下:50 Hz时该水力样机的过流部件满足设计要求,其性能曲线具有混流泵的特点,无过载特性,高效区较宽,大流量时具有较高的效率;压水室截面形状对核主泵水力样机性能变化趋势影响有限,决定其性能的主要因素在于叶轮;转速改变时外特性曲线变化趋势相同,但转速降低,扬程下降缓慢,Q-H曲线相对平坦,最大轴功率点向大流量偏移,泵的总体效率下降,最高效率降低,同时高效区变窄。转速降低超过20%相似比例变换公式失效,引入了修正系数对相似变化曲线进行修正。     

变转速工况对直线共轭内啮合齿轮泵容积效率的影响

随着液压技术向高压化、轻量化、节能化发展,直线共轭内啮合齿轮泵因具有结构紧凑、流量脉动小、使用寿命长、噪声小等优点,其应用领域逐步扩大。随着内啮合齿轮泵使用转速的变化,其容积效率也出现变化,为了获得内啮合齿轮泵转速对其容积效率的影响规律,采用液压油、纯水两种介质,通过数值计算的方法,研究内啮合齿轮泵转子域空化特性、对比分析出口体积流率。结果表明：随着转速上升,内外齿啮合最小容积腔及吸油口处气相体积分数增加明显,易引起空化、气蚀,从而产生噪声、振动等问题;当转速过高时,介质中的气体析出明显,易出现吸空现象,导致齿轮泵容积效率降低,纯水介质比46#液压油介质下的齿轮泵容积效率更低。因此,要改善高转速工况下的齿轮泵容积效率,需优化内啮合齿轮泵进油口流道,增加入口压力,提升内啮合齿轮泵高转速工况下的综合性能。     

变转速工况下离心泵蜗舌处压力波动的试验研究

对某一单吸离心泵在变转速工况下蜗舌处的压力波动进行了测量与分析。该离心泵的叶轮为半开式叶轮并具有背叶片,它由原叶轮车削后得到,从而使得叶轮出口离蜗舌距离较大。结果显示:随着转速的提高,离心泵的流量及效率线性增大,而扬程以二次曲线形式增加。该离心泵蜗舌附近的压力波动频谱以叶轮转动频率整数倍的离散分量为主,特别是叶片通过频率及其二次谐波。最大波动分量的幅度占参考动压ρv22/2(v2为叶轮出口周向速度)的0.5%左右。随着转速的增大,压力波动的增加速度比转速提高速度快,且宽频波动幅度的提高比离散分量显著。另外,频谱分量中存在叶轮转动频率非整数倍的离散分量,以及与转速无关而取决于流体系统固有振动特性的离散分量。     

涡旋液压泵内部流动与压力脉动的数值模拟

采用CFD技术对涡旋泵内部流场进行三维非定常模拟,得到了不同转角下工作腔内压力、速度、气相体积分数以及进出口流量等参数,并进一步分析了泵内的压力脉动。研究结果表明:由于泵进口位置的不对称以及高速旋转下动盘对油的扰动作用,导致2个工作腔内流动的不对称;在高压差的作用下,动静盘啮合间隙处存在高速射流现象,并在间隙下游产生大面积的空化;在吸液末期和排液初期工作腔内会产生较高的压力脉动,严重影响泵的稳定性;通过降低转速、增大轴向间隙、缩短型线长度等方法可有效改善压力脉动现象。     

凸轮转子泵抽送不同浓度非牛顿流体的流场分析及对性能影响

为了探讨摆线型凸轮转子泵抽送粪污介质的性能变化和针对非牛顿流体类抽送的优化设计,以三叶摆线型凸轮转子泵作为研究对象,选取清水和浓度为6.87%,9.20%,12.15%的猪粪作为抽送介质,对凸轮转子泵进行三维非定常数值模拟,分析内部流场瞬态特性,预测其外特性。分析结果表明:在抽送清水和不同浓度的猪粪时,从泵腔的进口区域到出口区域的压力逐渐升高,随猪粪浓度增大,独立工作腔室的压力增大;抽送非牛顿流体时,间隙处因挤压而产生的速度激增,转子泵腔内的速度分布更加均匀;出口的压力脉动主频均出现在2倍叶频处,压力脉动幅值随猪粪浓度增大而减小;随猪粪浓度增大,出口流量、容积效率及水力效率增大,流量脉动系数减小,其性能优于抽送清水介质。研究为凸轮转子泵输送非牛顿流体时的优化设计奠定了基础。     

大型轴流泵泥沙磨损特性研究

为探讨大型轴流泵的泥沙磨损特性,采用非均相流模型、Particle模型和Tabakoff磨损模型和滑移壁面边界条件,研究泥沙在轴流泵内部的流动规律及磨损机制。结果表明:叶片头部及叶片工作面的泥沙体积分数和磨损率最大,导致叶片头部、工作面磨损速度和程度大于背面;粒径对泥沙的运动轨迹有显著影响,而含沙量的改变对泥沙的运动轨迹影响不大;颗粒在叶轮中的运动速度与粒径呈正相关关系,粒径大的沙粒向叶片工作面运动的趋势更为明显,说明粒径为影响泥沙运动轨迹的一个主要因素,含沙量为一个次要因素;随着泥沙粒径的增大,磨损率范围增大,磨损强度也相应增大,随着含沙量的增大,叶轮内各处磨损率均增大,说明粒径和含沙量均是加快轴流泵磨损的重要因素。     

基于数值模拟的迷宫螺旋泵性能研究

应用Fluent软件对迷宫螺旋泵进行模拟分析,并对迷宫螺旋泵的性能和结构参数之间的关系进行定性分析。结果表明:迷宫螺旋泵扬程系数最大值随流量的增大而减小;螺旋角增大,流量范围明显下降,相同流量下的效率值相应增大,最大扬程系数的螺旋角大约为60;°径向间隙减小,流量范围有所减小,相同流量下的效率相应增大;螺纹棱宽增大,流量范围稍微下降,相同流量下的效率有所增大;螺纹槽宽减小,流量范围明显下降,相同流量下的效率有所增大;螺纹槽深减小,流量范围急剧减小,相同流量下的效率明显增大。     

Influence of blade thickness on transient flow characteristics of centrifugal slurry pump with semi-open impeller

As the critical component, the impellers of the slurry pumps usually have blades of a large thickness. The increasing excretion coefficient of the blades affects the flow in the impeller resulting in a relatively higher hydraulic loss, which is rarely reported. In order to investigate the influence of blade thickness on the transient flow characteristics of a centrifugal slurry pump with a semi-open impeller, transient numerical simulations were carried out on six impellers, of which the meridional blade thickness from the leading edge to trailing edge varied from 5-10 mm, 5-15 mm, 5-20 mm, 10-10 mm, 10-15 mm, and 10-20 mm, respectively. Then, two of the six impellers, namely cases 4 and 6, were manufactured and experimentally tested for hydraulic performance to verify the simulation results. Results of these tests agreed reasonably well with those of the numerical simulation. The results demonstrate that when blade thickness increases, pressure fluctuations at the outlet of the impeller become severe. Moreover, the standard deviation of the relative velocity in the middle portion of the suction sides of the blades decreases and that at the outlet of the impeller increases. Thus, the amplitude of the impeller head pulsation for each case increases. Meanwhile, the distribution of the time-averaged relative flow angle becomes less uniform and decreases at the outlet of the impeller. Hence, as the impeller blade thickness increases, the pump head drops rapidly and the maximum efficiency point is offset to a lower flow rate condition. As the thickness of blade trailing edge increases by 10 mm, the head of the pump drops by approximately 5 m, which is approximately 10 % of the original pump head. Futhermore, it is for the first time that the time-averaged relative flow angle is being considered for the analysis of transient flow in centrifugal pump. The presented work could be a useful guideline in engineering practice when designing a centrifugal slurry pump with thick impeller blades.

     

S形下卧式轴伸贯流泵装置叶片区压力脉动特性研究

为研究S形下卧式轴伸贯流泵装置叶片区压力脉动特性,采用非定常CFD方法对不同工况时泵装置进行了全流道三维非定常流场数值计算,通过在叶片区设置监测点以获得叶片区关键位置的压力脉动数据,并进行频谱分析。通过与实测泵装置扬程和效率对比,证明该方法能较准确地反映泵装置内部非定常流动特征。研究表明:高效工况和大流量工况时,转轮进口和出口的脉动幅值从轮缘向轮毂侧逐渐减小,小流量工况时未呈现该规律,各工况时转轮进口和出口脉动主频受叶频控制。流量系数KQ在(0.368~0.552)范围内转轮进口处同一监测点的压力脉动幅值随流量增大而降低,转轮与导叶体间的脉动幅值随流量的增加先减小后增大,在高效工况附近脉动相对最小。导叶体出口的压力脉动主频受叶频的影响较小,未与导叶体叶片数成规律。