以性能测试为平台对离心泵作液力透平的优化研究

在成熟的离心泵设计基础上,选用优秀的离心泵水力模型作为液力透平的水力模型设计基础。在研究中,试制了4种不同出口宽度的离心泵叶轮,在5000 m~3、开式A级精度水泵试验平台上,采用PSM泵自动检测系统完成了4种不同出口宽度的叶轮作透平运行测试。研究过程中,依据测试得出的结果,提出出口宽度改进方案,不断优化叶轮水力性能,最终得到该型号叶轮最为优秀的出口宽度。研究和测试表明,泵反转作透平运行,通过增大叶轮出口宽度能够提高运行的综合性能,且在此不断增大过程中存在一个最优的出口宽度,最优出口宽度与流量有关。     

能量回收液力透平研究综述

液力透平回收能量是一项过程节能技术。对液力透平能量回收装置的研究主要有3个方面:液力透平性能,回收装置配置及运行工况调节。运用新的水力设计理论与方法可提高透平综合性能,这是液力透平研究的趋势。透平与相关设备性能、系统工况参数互相匹配,使回收装置在高效区工作。系统偏离设计工况时选择合理的调节方法来充分回收能量。     

反转泵液力透平速度滑移机理

速度滑移对液力透平的水力性能和内流特性有一定影响。以反转泵液力透平为研究对象,评估不同湍流模型对液力透平水力性能影响的敏感性,通过数值模拟与试验值误差分析发现,采用RNG k-ε湍流模型预测液力透平水力性能具有较高的可信度。选用RNG k-ε湍流模型和CFX17.0,分析透平内速度滑移机理及速度滑移量化指标,进一步对比液力透平和离心泵速度滑移的大小及流动机理。研究发现：液力透平叶轮内存在速度滑移现象,速度滑移导致透平水头降低,并诱发了附着于叶片工作面的旋涡。透平滑移系数随比转速变化而变化,数值在0.2～0.4。比较反转泵液力透平透平工况与泵工况的滑移系数发现：当比转速大于50时,透平工况的滑移系数比泵工况的小,比转速低于50时,出现了透平工况滑移系数高于泵工况的情形。     

气液两相条件下液力透平内水力损失分析

为了研究气液两相条件下液力透平各过流部件内水力损失的分布情况,现选择比转速为55.7的单级单吸离心泵反转作液力透平,并对该模型在不同流量、不同含气率下进行数值计算,分析含气率变化对液力透平内水力损失分布规律的影响。研究发现:液力透平内主要水力损失发生在叶轮和蜗壳内,叶轮内水力损失约占总水力损失的55%,蜗壳内水力损失大约占总水力损失的39%;含气率对叶轮内水力损失影响最大,含气率越高液力透平各过流部件内水力损失以及总的水力损失越大。研究结果为液力透平结构的优化设计提供理论依据。     

粘度对离心泵作为水能回收液力透平使用的性能和流动影响的CFD研究

离心泵反转作为向心液力透平使用已有50多年的历史,而且以水为工作介质对其性能和流动进行了许多研究。目前它已应用于各种介质的工艺流程中,但尚未进行过有关介质粘度对其性能和流动影响方面的研究。因此,本文首次采用CFD方法研究试验用离心泵反转作为水能回收液力透平使用时液体粘度对透平性能和内部流动的影响。对比了5种液体粘度的透平扬程、输出轴功率、水力效率、进出口速度矩、反击系数等参数,得到了最优工况透平和泵性能依存性以及泵、透平各自性能参数修正系数与雷诺数的函数式。通过各个粘度下透平蜗壳平均出流特性、冲角以及叶轮、蜗壳内的水力损失系数的对比,分析了粘度对内部流动的影响。本文的研究结果对液力透平的工程设计、选型、不同粘度的性能预测和叶轮改型有一定的参考借鉴作用。     

尾水管导流板对离心泵作透平时内部流动的影响

为了研究尾水管导流板对离心泵作透平时内部流动的影响,采用ANSYS-Fluent软件,对增加尾水管导流板的液力透平内部流动状态进行数值模拟。通过安装尾水管导流板,使得尾水管实现收集叶轮出口液流并修正流动方向的作用,从而消除了叶轮流出液体的旋转运动,即消除尾水管中液体的圆周分速度,进而减少了由旋转造成的液力透平水力损失。对比分析了不同工况下有、无尾水管导流板时液力透平尾水管与叶轮内部的流动状态,揭示了尾水管导流板对液力透平各个过流部件流动状态的影响。研究结果发现:通过对透平尾水管加导流板对离心泵作透平尾水管和叶轮内部流场的流动状态有明显的改善,显著提高了泵作透平的水力效率,扩宽了离心泵作透平的高效运行区。     

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。     

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。     

水轮机模式液力透平叶片进口安放角影响分析

针对转轮叶片进口安放角 β1对超低比转速水轮机模式液力透平性能影响规律认识不足的问题,在超低比转速范围内,考虑液力透平水力性能,取不同 β1建立超低比转速混流式转轮三维模型,配合过流部件构建超低比转速水轮机模式二级液力透平模型,采用ANSYS FLUENT仿真软件对液力透平内部流动特性和能量特性进行计算,对比数值模拟结...     

叶轮切割对回收液力透平性能的影响

为研究叶轮切割对回收液力透平性能的影响,选取比转速分别为46.0、55.7、63.2的离心泵反转作回收液力透平,对各个叶轮外径进行四次切割,应用CFD软件对这三种比转速液力透平在不同切割量下进行数值计算,得到液力透平运行的外特性曲线并分析其内部流动规律。结果表明,对于离心泵反转作回收液力透平,透平的压头随叶轮外径切割量的增大而减小。在小流量工况下随着叶轮外径切割量的增加,叶轮内部流动损失逐渐减小,透平的水力效率呈现上升趋势;在最优工况和大流量工况下随着叶轮外径切割量的增加,叶轮内部流动更加紊乱,产生较大的能量损失,透平的水力效率呈现下降趋势。     

基于CFD分析的导叶喉部面积和出口角对液力回收透平性能的影响

近年来伴随着国家节能减排的大力号召,各个行业都在自己的领域寻求可实现节能减排的落脚点。在石油化工行业的加氢裂化、大型合成氨等装置上广泛推行利用液力回收透平回收工艺流程上介质所蕴藏的压力能将其转换为机械能,用于驱动机械设备。目前大多数采用离心泵反转来实现能量回收,研究液力透平的主要方法是试验结合CFD分析的手段。本文主要是总结基于NUMECA软件分析导叶喉部面积和出口角对透平性能的影响。     

多级离心泵叶轮与流道式导叶的匹配特性

本文对多级离心泵设计了流道式导叶,采用Spalart-Allmaras湍流模型对设计结果进行数值模拟。通过对流道式导叶几何结构的调整,探讨了叶轮-导叶间隙、导叶进口方式及级间密封对离心泵流动性能的影响。经过分析得到了以下结论:导叶进口直径为叶轮出口直径的1.027倍时与叶轮匹配较好;导叶进口宽度的减小在小流量工况下存在优势;对导叶进口进行斜切处理可以有效消除密封通道对水泵造成的影响,同时提高了大流量工况下的水力性能,设计点效率提高0.65%,扬程提高1.30%,分析结果为离心泵流道式导叶与叶轮匹配设计提供理论指导。     

石油化工行业液力透平发电工程配置方案

结合大连深蓝泵业有限公司在反转离心泵式液力透平发电项目的实际经验,简要论述了石油化工行业液力透平发电项目在方案选择、注意事项和机组配置上的基本情况,提供一个可靠的配置方案供业主及相关设计人员参考。     

液力透平动静叶栅内的流动特性

以径向导叶式离心泵反转作液力透平为研究对象,对全流道进行结构化六面体网格划分,运用大涡模拟(large eddy simulation,LES)模型进行三维非定常数值计算,分析了透平工况下动静叶栅内的压力分布、内部速度场、流道涡量分布、拟序涡流结构及演化过程。结果表明:所选的径向导叶式离心泵作透平时水力性能良好,动静叶栅交界面附近出现局部高压和局部高速流,非定常流动时动静叶栅内涡旋运动明显,流道内涡量主要分布在导叶工作面和叶片背面,伴随着叶轮旋转产生的涡在流道内会出现拉伸、合并和撕裂的演化形式。     

石油化工流程用离心泵的改造设计

本文提供一个石油化工流程离心泵的改造设计实例,在统计现有优秀水力模型性能与几何尺寸的基础上,对原有离心泵的水力设计实施改进。性能试验结果表明,该项水力设计改造是合理、成功的。     

襄樊五二五泵业公司推出新型磁力驱动泵

襄樊五二五泵业有限公司研制的CLB250—250—500型耐腐蚀磁力驱动单级离心泵于近日测试成功。该泵流量600m3／h，扬程55m，电机功率185kW。该泵水力设计先进，耐腐蚀性能强、无泄漏、低噪音、安全可靠。这种新型磁力驱动泵是由襄樊五二五泵业公司与甘肃省科学院磁l生器件研究所合作研制，该产品是国内先进的耐腐蚀泵制造技术、耐腐蚀不锈钢冶炼铸造技术与国内一流的磁传动器件研发制造技术的完美结合。     

模型水泵浑水试验用沙的研究

在浑水水力机械模型通用试验台上利用LY—12型立式单吸单级离心泵进行了黄河沙和人工石英沙对泵水力性能影响的试验研究。试验结果表明,在泥沙粒径级配相近的情况下,两种泥沙对泵水力性能的影响基本相同。     

叶轮外径对前弯型液力透平性能的影响*

为研究前弯型叶轮外径对液力透平水力性能的影响,进行试验,获得了液力透平外特性数据,与计算流体动力学(Computational fluid dynamics, CFD)的结果进行对比分析,发现两者结果十分接近,验证了CFD模拟的准确性。利用CFD技术获得了215 mm、235 mm和255 mm叶轮外径液力透平的外特性曲线,发现随叶轮外径的增加,高效点向大流量区域偏移,在大流量区域,扬程大幅下降,轴功率小幅提升,效率有较明显提升,在小流量区域,扬程上升,轴功率略微下降,效率下降明显。对215 mm、235 mm和255 mm外径叶轮的速度场分析,发现随叶轮外径的增加,叶轮与蜗壳基圆之间的循环流量逐渐减小,流动状态得到明显改善,叶轮内水力损失也有较为明显的减小。利用理论公式推测改变了叶轮外径后的液力透平的高效点参数,发现普遍高于CFD模拟结果,分析产生差值的可能原因。对液力透平的轴功率、扬程进行理论分析,探讨其随叶轮外径增加的变化趋势。     

变工况下气液两相液力透平的性能分析

利用ANSYS CFD软件对基于泵反转的液力透平进行了全三维定常和非定常数值计算,研究了变工况下气液两相液力透平内的气体分布、压力脉动、速度矩分布以及水力损失等性能。对不同工况进行的计算结果表明:小流量工况和最优工况时蜗壳、叶轮内的相对平均静压力和主频振幅都随着含气率的增加而减小;大流量工况稍有不同。蜗壳出口的速度矩呈阶跃分布,阶跃个数与叶轮叶片数相同,同一工况含气率对速度矩的影响不大;高含量率时透平叶轮出口气体出现聚集现象,含气率越高,流动过程中的水力损失越大。本文对研究气液两相介质下的液力透平性能具有一定的参考意义。     

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。