偏离工况下离心泵的压力脉动和振动分析

为分析偏离工况下离心泵压力脉动和振动情况,本文采用大涡模拟和滑移网格技术研究一离心泵在偏离工况下叶轮内部和叶轮与蜗壳动静干涉位置的压力脉动,并对其进行了频域分析。分析结果表明:离心泵内部流动产生的压力脉动主频多数情况下是其通过频率。在不同运行工况下,叶轮出口处的压力脉动幅值均最大,大流量偏离工况下离心泵内部各部分压力脉动特性与设计工况基本相同,只是脉动幅值略有增大;小流量偏离工况下,离心泵叶轮出口(叶轮和蜗壳动静干涉区域)压力脉动幅值有所增大,脉动主频不再是通过频率,而且其频谱宽度明显增大;当离心泵运行工况小于0.6Q时,压力脉动明显比设计工况剧烈。     

离心式压缩机压力脉动产生原因与作用机理

大型石化压缩机组中,机组易产生气流激振作用下的破坏失效.为了分析大型压缩机的振动故障,对某压缩机试验台进行了现场测试.通过对压缩机内压力脉动产生的原因静子与转子间相互作用进行分析,同时通过试验测试及测点信号的时域分析和频域分析结果证实,压缩机内部的压力脉动总是存在的,其特征频率为压缩机叶片通过频率及其谐频,且设计参数对压力脉动的影响很大.所得试验数据和分析结果对大型压缩机机组与管道系统的设计、监测与运行管理具有指导意义.     

离心式压缩机声共振分析与试验验证

声共振是离心式压缩机叶片破坏失效的一个重要原因,但是当前国内对其理论研究却非常有限,特别缺少有效的试验验证。为有效研究声共振的影响,首先从压缩机声腔的仿真分析入手,应用LMS Virtual.Lab Acoustics仿真软件对压缩机声腔的声模态进行计算,获取其特征频率及对应的振型。通过改变叶片的通过频率来改变气流的激振频率,当叶片通过频率与空腔声模态频率相近时将产生声共振。采用压缩机模型级试验台进行验证,进行压缩机声腔的压力脉动测试,获取不同转速下的叶片通过频率对应的特征幅值,声共振造成压力脉动幅值将成倍增加,进而产生较强的破坏作用。验证了声共振将造成的压缩机内部压力脉动大幅度增加,为大型离心式压缩机组的叶片状态监测与破坏抑制提供依据。     

某带无叶扩压器的离心压缩机内部流动特性与稳定性分析*

为了分析确定引起离心压缩机失稳的关键部件,结合实验数据,采用数值模拟的方法对某带无叶扩压器的离心压缩机在90%转速下的性能与内部流动进行了详细模拟。综合分析实验所得的级特性线、动态压力信号、叶轮和扩压器内部特征流动,结果表明无叶扩压器为造成该离心压缩机失稳的关键部件。通过比较无叶扩压器在最高效率点与近失速点下内部的流动特征,提出了可能的扩稳方法。     

叶轮形式对双吸离心泵压力脉动特性影响试验研究

双吸离心泵压力脉动是影响水泵机组运行稳定性的关键因素之一.为研究叶轮形式对双吸离心泵压力脉动的影响,对5种方案的叶轮进行压力脉动同台试验.通过在吸水室和压水室壁面布置压力脉动传感器,采集各个测试流量下的压力脉动信号,并进行混频幅值和频谱分析,得到吸水室和压水室的压力脉动分布规律.结果表明:双吸离心泵普遍存在叶片通过频率、泵轴旋转频率和低于轴频的低频脉动成分.相对于传统双吸叶轮,两侧叶片交错布置后可改善压力脉动特性;调整叶片出口边形状,增加叶片后盖侧的包角,可明显降低压水室叶片通过频率的脉动幅值,减轻动静干涉的危害;采用长短叶片形式可改善叶轮进口流态,降低吸水室的压力脉动,改善小流量工况下压水室的压力脉动特性.     

机载离心式制冷压缩机叶轮级流动仿真研究

离心式制冷压缩机对机载蒸汽压缩制冷系统有重要影响;大流量离心制冷压缩机的运行效率远大于小流量压缩机效率,针对现有的双级小流量离心制冷压缩机,通过实验测试和CFD仿真,对制冷剂R134a在泵式叶轮内的流动进行了分析。结果表明:在所测试参数条件下,叶轮进口靠近压力面处的制冷工质出现明显的二次流现象,气体流动出现盖面分离,叶轮内部损失较大;改变叶轮叶片出口安装角可提高效率及压比;针对不同叶轮叶片数的仿真计算对比,可确定在所设计模型中最佳叶片数。     

汽车空调系统中离心风机三维数值仿真与实验研究

建立某车型空调通风系统包括叶轮及蜗壳结构在内的多翼离心通风机三维几何模型,完成了多种工况下风机内部三维流场的定常和非定常仿真计算,并进行相应的实验测试,对仿真计算的准确性进行验证。详细分析了多翼离心风机内部随时间变化的速度场、压力场和典型监测点处压力脉动的变化规律,对汽车空调风机的进一步优化提供指导方向。     

离心泵作透平最佳工况点下的瞬态流动特性分析

为揭示离心泵作透平在最佳工况点下主要过流部件的瞬态流动特性,采用修正的PANS模型对一台比转速为90的离心泵作透平的瞬态流动特性进行数值模拟,通过试验验证数值计算的准确性;根据叶片的进、出口速度三角形计算理论最佳工况点,并对最佳工况下叶栅内部的流动规律进行预测;对蜗壳、叶轮在最佳工况点下的内部瞬态流动特性进行分析。结果表明,叶轮理论进、出口最佳工况点分别为55 m³/h、108 m³/h,实际最佳工况点为80 m³/h;叶片与蜗壳隔舌的动静干涉会促进隔舌前缘旋涡的脱落,当叶轮前缘与隔舌前缘平齐时,蜗壳内压力脉动强度最低;叶栅内旋涡的脱落频率约为2f_n,涡量的演变主要由其输运方程中的拉伸项及科氏力项共同主导;吸力面附近涡量的演变对叶轮前、中部流道内的压力脉动影响较大,而叶片尾缘涡量的演变对叶轮出口处的压力脉动影响较大。研究结果可为提高离心泵作透平在余能回收系统中的运行稳定性提供参考。     

基于FLUENT和ABAQUS离心泵叶轮强度和刚度的研究

叶轮是离心泵的一个关键部件,采用流固耦合分析方法对叶轮的强度和刚度进行仿真,采用多帧参照技术对叶轮-蜗壳动静干涉进行模拟.在FLUENT流体力学分析中,获得叶片和轮毂压力和剪应力分布.在设计工况下,叶轮受到压力,剪应力和离心力的共同作用,其应力分布与整体变形在ABAQUS的结构分析中获得.分析结果表明:相对于压力,剪应力对叶轮变形影响微不足道;叶轮结构在设计工况下结构安全;叶轮最高转速可达1780r/min.如果应力却维持在一个较低的水平,离心泵转速提高,叶轮会与蜗壳发生干涉,因此,在保证叶轮强度和刚度的前提下,提出两个叶轮的改进设计方案.     

离心压缩机机壳在基频气动力激励下的振动噪声研究

研究了离心压缩机机壳在内部基频气动力激励下的振动辐射噪声。考虑机壳与轮盘、轮盖之间的间隙,采用SSTk-co湍流模型模拟了离心压缩机的整机三维非定常流场,得到蜗壳内表面的脉动压力,然后将脉动压力的基频部分加载到蜗壳上,模拟离心压缩机蜗壳在非定常气动力激励下的振动噪声。研究表明：机壳内壁面基频压力脉动主要分布在无叶扩压器靠近叶轮出口一侧;机壳主要基频振动噪声源位于蜗壳靠近出口管道一侧;该离心压缩机机壳基频振动位移幅值很小,最大振动位移仅为11．8×10^-9m,因此可以忽略机壳的基频振动对离心压缩机运行安全性的影响。     

分体滑动导叶可调涡轮激波与载荷波动机制

针对某柴油机用可调涡轮在低速工况下的低效强激波特征，提出并设计了一种分体滑动导叶，并在10%、40%和100% 3个典型开度下进行了定常/非定常数值计算。结果表明：分体滑动导叶在小开度下可实现对间隙泄漏流动的有效抑制，大幅度提高涡轮效率；在10%开度下，分体滑动导叶提高了涡轮10%的峰值效率，同时涡轮效率在40%和全开工况下也有不同程度的提高。此外，通过合理设计转静间距，分体滑动导叶尾缘激波被大幅度削弱。导叶间隙泄漏流和尾缘激波的抑制可有效弱化转子定子干涉强度，降低下游转子叶片表面载荷波动幅值，提高转子叶片的可靠性。     

基于OpenFOAM的导叶式离心泵数值模拟研究

针对目前有关OpenFOAM对带导叶这种特殊结构的离心泵的计算研究较少且没有形成系统性研究的现状,为了验证OpenFOAM开源软件在导叶式离心泵数值计算方面的可靠性,分别对0.6Qd～1.4Qd流量工况下的导叶式离心泵进行外特性试验以及稳态和瞬态的数值计算.结果表明:OpenFOAM计算得到的外特性结果贴近试验数据,最...     

Fluid-structure interaction analysis and lifetime estimation of a natural gas pipeline centrifugal compressor under near-choke and near-surge conditions

Up to present, there have been no studies concerning the application of fluid-structure interaction(FSI) analysis to the lifetime estimation of multi-stage centrifugal compressors under dangerous unsteady aerodynamic excitations. In this paper, computational fluid dynamics(CFD) simulations of a three-stage natural gas pipeline centrifugal compressor are performed under near-choke and near-surge conditions, and the unsteady aerodynamic pressure acting on impeller blades are obtained. Then computational structural dynamics(CSD) analysis is conducted through a one-way coupling FSI model to predict alternating stresses in impeller blades. Finally, the compressor lifetime is estimated using the nominal stress approach. The FSI results show that the impellers of latter stages suffer larger fluctuation stresses but smaller mean stresses than those at preceding stages under near-choke and near-surge conditions. The most dangerous position in the compressor is found to be located near the leading edge of the last-stage impeller blade. Compressor lifetime estimation shows that the investigated compressor can run up to 102.7 h under the near-choke condition and 200.2 h under the near-surge condition. This study is expected to provide a scientific guidance for the operation safety of natural gas pipeline centrifugal compressors.     

离心压缩机叶轮冲蚀磨损的动力特性研究

为研究固粒冲蚀磨损对离心压缩机叶轮动力学特性和结构强度的影响,建立磨损损伤的叶轮的三维模型,并采用有限元方法,对有无离心预应力状态下原始叶轮和损伤叶轮的固有频率和振型进行提取,对叶轮共振特性进行研究,对因材料流失而造成的叶片强度、刚度变化进行了分析。研究结果表明:因冲蚀磨损引起的叶片局部减薄对叶轮整体振动特性影响不明显;叶轮在工作转速下其第6,7阶共振裕度较小;冲蚀磨损损伤的叶片存在应力集中和刚度降低的现象。     

离心压缩机辐射噪声的理论计算

给出了离心压缩机叶轮粘性尾迹速度亏缺值及尾迹宽度的计算方法。给出了离心压缩机气动参数和结构参数与声功率级之间的内在关系。提出了在叶轮粘性尾迹作用下，扩压器叶片上不稳定脉动力的计算式，运用调制理论，建立了离心叶轮与扩压器叶片相互作用而导致的声幅射方程。在此基础上，对某化肥厂ＤＨ６３型离心压缩机声功率进行了理论计算，并与实测值进行了比较，二者吻合较好。     

液电混合直线驱动系统耦合特性及位置控制

液压系统与电-机械系统是广泛应用于航空航天、工业、非道路移动机械等领域的两种不同驱动方案。在实际中,两者通常单独使用,电-机械驱动方案能效高,但承载能力弱,液压驱动方案功率密度大、动态响应快,但能量效率低。为此,结合两个驱动方案优点,集成设计电-机械执行器与液压缸,构建一种新型液电混合直线驱动系统,分析系统工作原理及两个非相似驱动子系统耦合特性、力纷争现象及其影响。在此基础上,提出一种电-机械驱动单元运动控制与液压驱动单元力控制的调控方案。研究结果表明,采用所提调控方案可减轻两个非相似驱动子系统耦合作用,在液压阀低压损的同时,可获得良好的位置控制特性。新型液电混合直线驱动系统将为液压系统和电-机械系统的进一步发展提供新思路。     

NUMERICAL STUDY ON THE UNSTEADY INTERACTION FLOW IN A CENTRIFUGAL COMPRESSOR STAGE

Numerical simulation on the unsteady flow in a centrifugal compressor is performed, and compared with the experimental data. The influence of the impeller-diffuser interaction on the flow-fields is discussed, and the reasons for the losses are also explored. Results show that qualitative and quite fair quantitative agreements are achieved between the predicted and measured flowfields. The influence of the impeller wake on the convexity surface of diffuser is great. The potential repercussion of the diffuser on the suction surface of the impeller is much larger than on the pressure surface. Effect of the unsteady interaction is strongest in the radial gap. The unsteady flow itself may compensate for the loss generated in stage, and the stage efficiency is inversely proportional to the entropy production.     

Numerical study on the range enhancement of a centrifugal compressor with a ring groove system

A numerical study of casing treatments on a centrifugal compressor to improve stability and stall margin is presented. High efficiency, high pressure ratio, and a wide operating range are required for a high-performance centrifugal compressor. A ring groove casing treatment is effective for flow range enhancement in centrifugal compressors. Compressor performance was analyzed according to the ring groove location, and the results were compared with the case without a ring groove. The effect of guide vanes in the ring groove was also investigated. Four variants of grooves were modeled and simulated using computational fluid dynamics to optimize the groove location. Numerical analysis was performed using a commercial code ANSYS-CFX program. The simulation results showed that the ring groove increased the operating range of the compressor. The ring groove with guide vanes improved both performance of the compressor at low flow rates and the stall margin of the compressor.     

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。     

基于CFD的离心压缩机整级性能优化设计

本文采用CFD技术研究离心压缩机整级性能优化设计方法.首先用一元理论进行初始设计,应用全三维流场分析的方法分析叶轮、扩压器以及回流器叶片参数变化对压缩机性能的影响.在此基础上,对主要几何参数进行了优化设计.研究结果表明;通过在压缩机运行过程中调节扩压器叶片的角度,可以使压缩机的最大效率和工况范围均得到改善.对于本模型的压缩机,效率可提高3％以上.优化设计后压缩机整级气动性能得到明显改善.