转子螺旋槽结构对离心泵水力性能的影响

由于传统高速小比转数离心泵存在出口回流,水力效率损失较大,而借助辅助叶轮又较为复杂,为了提高其水力性能,减少机械结构,设计一种新型单级小比转数转子螺旋槽离心泵.搭建了离心泵水力性能实验台,研究了不同流量下离心泵螺旋槽结构对出口压力、扬程、有效功率的影响.结果表明:转子螺旋槽离心泵与传统单级离心泵相比较,转子螺旋槽离心泵...     

无油润滑高速离心泵的变转速性能研究

转速调节是调整泵工况的重要手段,为了揭示变转速对高速离心泵的水力性能影响,本文以一台采用无油动压液体轴承支撑的高速离心泵为研究对象,采用试验方法与数值模拟,进行了不同转速下相似工况下的水力性能研究。论文通过所搭建闭式实验台上的水力测试得到了不同转速下的水力性能曲线,验证了该泵在变转速下良好的水力性能,最高效率可达35.52%。并结合ANSYS CFX软件对该泵水力部件进行了数值模拟研究,与试验结果的对比表明数值模拟能够有效对该泵的水力部件性能进行预测。论文还对该泵水力部件以设计工况为基准的不同转速下的比例相似工况进行了研究。     

基于PB-NSGA-Ⅲ算法的高速离心泵叶轮性能优化研究

为探索提高高速离心泵综合水力性能的方法，以IS-60-50-158型高速泵叶轮的几何模型为基础，对高速泵叶轮进行了多目标优化设计。首先，采用数值模拟方法对初始的高速泵进行了数值模拟，并确定了设计参数；然后，确定了优化变量并对优化变量均匀抽样，建立了叶轮几何参数组合与性能参数间的近似模型；最后，应用双指标的基于参考点非支配遗传算法(PB-NSGA-Ⅲ)求解并寻找出满足性能要求的几何参数组合，以优化高速泵叶轮模型，并对优化结果和高速泵的流场进行了对比分析。研究结果表明：将优化后的叶轮用于该高速泵，进行全流道数值模拟分析后，设计工况点的水力效率提高了2.22%;叶片头部的静压有所提高，最低静压区域面积减少。数值模拟结果与优化方法获得的性能参数有很好的一致性，证明该优化方法可快速、可靠地对高速泵叶轮进行多目标水力优化设计。     

低比转速化工离心泵的可靠性预测

在化工离心泵设计过程中对泵的性能和可靠度进行预测有利于保证泵在运行过程中的可靠性。为给离心泵的可靠性设计提供一种分析手段,以一台低比转速离心泵为对象,给出该泵的设计参数和结构、对水力性能进行数值预测和性能测试。将离心泵看作一个由各部件组成的串联系统,在相关经验或试验数据基础上结合模型泵的特点,分析单元可靠度进而得到零件的失效率,最终通过系统的可靠度计算得出离心泵的可靠度。该设计和分析方法相对于传统的机械设计方法更有利与提高泵的可靠性。     

离心泵S形叶片流动特性及水力性能分析

对离心泵而言，叶片出口角β₂是影响泵性能的一个重要参数。基于Fluent离心泵全流场数值模拟，对某型号低比转数离心泵进行了大出口角叶形的改形设计，研究了不同大出口角对离心泵水力性能的影响，并对比分析了原模型泵与S形叶片离心泵水力特性及流动特性。结果表明：离心泵扬程随着出口角的增大而增大，在出口角为90°时达到最大值。当出口角为90°时，S形叶片的水力性能最佳，在设计工况下及大流量工况泵扬程显著提升且效率有小幅度提升，但小流量工况下泵效率略有下降。S形叶片可以有效抑制离心泵叶轮内的边界层分离现象，且随着流量的增大抑制效果越明显。     

离心泵多工况水力优化设计

目前的国家标准或者行业标准中,不管是对离心泵水力效率还是离心泵机组效率都是通过考核设计点的效率进行能耗评价。在大部分的实际应用中,离心泵都运行在不同的工况点,考虑多工况运行效率对离心泵能耗的考核更加全面,更接近离心泵运行实际情况。本文介绍了欧盟最低能效指标(MEI,Minimum Efficiency Index)的多工况能耗评价方法,通过实际案例对低比转速离心泵进行了多工况优化设计,并通过试验验证了离心泵多工况水力优化设计的有效性,为离心泵的节能优化设计提供参考。     

压水室当量扩散角对离心泵空化和效率的影响

在离心泵水力模型研究过程中,通常要分别对多个叶轮及多个压水室进行优化设计,然后相互配对组合成多个水力模型。通过CFD(Computational Fluid Dynamics)数值模拟进行筛选,再经过模型泵试验,最终确定水力模型方案。在叶轮不变以及安装试验条件不变的情况下,通过采用不同当量扩散角的压水室,来研究单级离心泵空化性能的变化。实验测试与数值模拟的结果均表明:压水室当量扩散角对离心泵性能有明显的影响。当量扩散角较大时,离心泵的水力效率较高,最高效率点流量较大;而当量扩散角较小时,离心泵的空化性能较好。     

半开式叶轮与导流器间隙对自吸泵性能的影响

为分析射流式自吸离心泵的半开式叶轮与导流器前盖之间的间隙大小对其性能的影响,采用数值模拟的方法得到了4种不同间隙下射流式自吸离心泵水力性能、径向力变化规律、自吸过程泵内部气液两相分布及流动情况,结果表明:间隙大小对射流式自吸离心泵水力性能影响明显,随着间隙增大,泵扬程和效率呈明显下降趋势,额定工况点间隙为0.5时的扬程和效率相对于间隙2mm时的扬程和效率分别下降14.43%、7.07%;叶轮与导流器上径向力也随间隙增大而减小;叶轮含气率、导流器两个不对称出口及泵体出口的气相质量流率随间隙增大而降低.兼顾考虑水力性能、自吸性能及加工装配工艺,最终确定叶轮与导流器前盖的间隙为0.5mm.样机试验结果表明:在额定工况点扬程34.21m,效率55.29%,当自吸高度为5m时,自吸时间45s,达到设计要求。     

PIV测量用模型泵的设计及测量中的误差分析

PIV(Particle Image Velocimetry)是进行离心泵内部流场研究的重要手段.为了研究离心泵内部流动情况,在参考现有离心泵结构的基础上,设计了一台PIV测量用有机玻璃模型泵,并对模型泵的可拍摄性能和水力性能进行了分析,表明模型泵适用于PIV测量,且水力性能满足要求.同时,介绍了模型泵、片光和CCD相机的布置及流场拍摄方法,分析了利用PIV测量离心泵内部流场过程中的主要误差:系统误差、示踪粒子跟随性导致的误差和光折射导致的误差,并对减小或消除误差的方法进行了探讨.     

CAP1400屏蔽电机主泵高效水力模型研发

大型三代先进压水堆核电站最后一个难度最大的重大装备CAP1400大功率屏蔽电机主泵正在国产化研制,关键水力部件叶轮和导叶的水力设计是核主泵科学研究中的一项重点也是难点。基于前期相关研究基础,研发设计比转速约105的混流式缩尺(1∶2.5)高效水力模型,探讨模型建立、参数化水力设计、CFD数值计算与水力性能优化、模型试验与性能分析;针对最优效率点和流动损失进行探讨,给出多重约束下高效叶轮和导叶设计建议。模型试验得到水力模型设计点效率为84.92%、性能曲线变化平缓、运行范围内效率高、且汽蚀性能良好;换算到真机工况效率达到88.3%。该水力模型成为重大专项CAP1400屏蔽电机主泵水力部件采纳的设计方案之一,为后续核主泵水力部件的高性能设计、工程应用提供重要借鉴和原始技术积累。     

基于NSGA-Ⅲ算法的低比转速离心泵多目标优化设计

为提高IJ125-100-400-00型低比转速离心泵的水力性能,采用基于参考点的非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅲ）结合近似模型、数值模拟等方法对叶片进行了多目标优化。根据水力损失模型和灵敏度分析结果,选取叶轮出口宽度、叶轮出口直径以及叶轮出口角度3个参数作为设计变量; 使用拉丁超立方抽样随机生成了60组设计方案,针对非简化模型进行了数值模拟,得到了对应的外特性值,并建立了高效的BP神经网络近似模型;最终采用NSGA-Ⅲ算法对近似模型进行了多目标寻优,得到了最优设计变量组合。研究结果表明：初始模型的数值模拟结果与实验值具有很好的一致性,两者在额定工况下扬程的绝对误差小于2.14%,;BP神经网络拟合预测效果良好;优化后的离心泵水力效率提高了6.86%,扬程满足设计需求,泵内部流场明显改善。     

非光滑表面叶片对离心泵水力性能的影响研究

为了提升离心泵的水力性能，分析了BMS叶片对离心泵性能的影响，以及其在不同流量下的减阻率、内部压力、速度以及壁面剪切力，研究了非光滑表面叶片提升泵水力性能的机理。首先，参照螃蟹上壳表面特征，在离心泵叶片上构建了仿生微球结构；然后，基于CFX,采用RNG k-ε湍流模型对其进行了数值模拟，对比分析了光滑表面与仿生微球表面叶片在各流量下的扬程与水力效率，探究了仿生微球表面水力效率增加率与减阻率的关系；最后，分析了不同流量下微球结构对泵内流体压力、速度以及叶片壁面剪切力的影响。研究结果表明：采用仿生微球结构对离心泵扬程提升率最大为2.5%,其中，在0.6倍额定流量处的提升水力效率表现最好，在0.8～1.4倍额定流量处的水力效率略微降低，水力效率增加率与减阻率变化趋势一致；微球结构使流体旋转失速得到了改善，并破坏了流体涡结构，同时，微球结构使流体压力分布更加均匀，叶片壁面剪切力更低。     

离心泵汽蚀性能改善与基于CFD的汽蚀性能预测研究

针对石化装置中高温减压塔底泵工作环境苛刻、汽蚀性能要求高的问题,对泵进行提高汽蚀性能改进设计,设计出两种两组水力模型。用CFX对3种工况两种相位的内部流场进行了数值模拟。模拟结果表明第一组水力模型汽蚀性能较优,制作成实型泵,并对整机进行汽蚀试验。当Q=406m3/h时,临界汽蚀余量CFD预测值为3.74m,试验值为4.02m,误差相差不大,达到了设计要求。CFD技术能够较准确预测离心泵汽蚀性能。     

蜗壳喉部面积对离心泵非定常特性的影响

为研究蜗壳喉部面积对离心泵非定常特性的影响,针对同一离心泵叶轮,设计匹配4种不同喉部面积的蜗壳,并采用数值计算方法对泵内流非定常流动进行计算。结合面积比原理,分析了喉部面积对泵性能、径向力以及压力脉动的影响规律。结果表明:喉部面积对离心泵水力性能影响显著,设计工况下,随着喉部面积的减小,扬程和效率逐渐降低;受喉部面积影响,不同工况叶轮所受径向力大小不同且具有极小值,但极小值所对应的工况点有所不同;合理的喉部面积能有效降低泵内的压力脉动水平,随着喉部面积减小,泵内压力脉动水平增加,而当增加喉部面积时,压力脉动水平降低。通过分析蜗壳不同喉部面积对离心泵性能的影响,可为低噪声离心泵面积比设计提供参考。     

基于CFD仿真的核主泵流动特性研究

为研究核主泵水力部件的流动特性,基于N-S方程及k-ωSST湍流模型,对核主泵水力部件多个流量点进行三维流动数值计算,研究了核主泵内不同流量工况下的流动特征,并对额定工况下的性能数据与试验数据进行了对比。结果表明,基于CFD分析的方法可有效预测核主泵的水力性能,获取内部流动细节。在额定设计工况下,核主泵流态均匀稳定,水力性能优良。通过与非设计流量工况的对比,较全面地分析了该核主泵流动特性,为解决核主泵水力部件设计和优化提供了有益的参考。     

基于CFD仿真的CAP1400核主泵流动特性研究

为研究CAP1400核主泵水力部件的流动特性,基于N-S方程及k-ωSST湍流模型,对核主泵水力部件多个流量点进行三维流动数值计算,研究了核主泵内不同流量工况下的流动特征,并对计算的额定工况下的性能与试验进行了对比。结果表明,基于CFD分析的方法可有效预测CAP1400核主泵水力性能,获取内部流动细节。在额定设计工况下,核主泵流态均匀稳定,水力性能优良。通过与非设计流量工况对比,较全面比较了该核主泵流动特性,对支撑核主泵水力部件设计和优化提供有益的参考。     

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。     

一种计算低比转速离心泵加大系数的方法

依据离心泵叶轮出口宽度、比转速的计算式推导得出了计算低比转速离心泵流量、扬程及比转速放大系数的计算公式,公式体现了放大系数和叶轮水力参数间的关系。提出了建立在离心泵性能预测基础上的理论计算低比转速离心泵最佳流量、扬程及比转速放大系数的方法,解决了泵行业一直依据经验统计值确定其放大系数不能使低比转速离心泵在设计点效率最高这一问题。实例表明:提出的方法能够提高低比转速离心泵在设计工况点的效率,充实了低比转速离心泵的设计理论。     

基于Kriging模型和遗传算法的泵叶轮两工况水力优化设计

为了拓宽余热排出泵设计高效区的范围,提出了一种基于Kriging近似模型和遗传算法的优化方法。采用拉丁超立方试验设计方法对叶轮叶片的进口冲角?β、包角φ及出口安放角β2进行16组方案设计,并采用ANSYS CFX14.5对16组叶轮方案进行定常数值模拟,选取离心泵设计工况1.0Qd和大流量工况1.62Qd下的效率为水力优化设计目标,建立了效率与叶片三个参数之间的Kriging近似模型,并应用多目标遗传算法对近似模型进行寻优,得到了最优的叶片参数。对原始方案进行外特性试验,数值模拟结果与试验结果基本吻合。优化后,叶轮在两工况下的效率均高于原始泵,效率分别提高了5.53%和2.29%。同时对比优化前后的泵内部速度分布,表明在设计工况和大流量工况下,优化后的叶轮内部相对速度分布更均匀,水力损失较小。提出的叶轮优化方法对泵性能提高提供了有效参考。     

CFD数值模拟在核级泵设计中的应用

根据二代改进型核电厂技术规格书的要求,设备冷却水泵、乏燃料水池冷却泵、硼酸泵及重要厂用水泵等典型核3级离心泵的水力性能需要同时满足多个工况点的要求。以设备冷却水泵为例,利用CFD软件对泵内部流场进行了模拟,根据计算结果预测泵的性能,并与样机试验结果进行了比对分析。结果表明数值模拟手段可以为核级泵多工况设计提供有价值的参考依据。