复合形法优化设计离心泵叶轮

本文根据复合形法思想，以叶轮外径Ｄ２有极小值为目标函数，优化设计离心泵叶轮主要参数，以提高低比转数离心泵的工作效率。     

离心泵叶轮最优车削量计算

本文研究了离心泵叶轮最优车削量的计算方法，作者以装置效率最高为目标，并考虑流量，电机输出功率及水泵比转数等约束条件。建立了该优化问题的数学模型，采用一维搜索法寻找车削量的最优值。     

离心泵叶轮车削后的加工

离心泵叶轮的直径经过车削减小后,叶片出水端部就显得较厚。如果沿叶片的弧形面,在足够的长度内锉掉一层金属,使叶片出水端部减薄,则可改善叶轮的运行性能。然而,锉时应避免将叶片的出水端部锉成圆角形或凹槽,因为,那可能使水力损失增加。图1表示叶轮车削后叶片端部的锉尖方式。图中A表示叶片出水端部未经锉时的形状。B表示沿叶片上表面(即迎水面)锉掉的形状。C表示沿叶片下表面(即背水面)锉掉的形状。     

低比速离心泵叶轮改造

应用NUMECA商业软件计算了某低比转速离心泵内部的三维紊流流场,分析了离心泵内部流场的压力、速度分布,讨论了泵内流动的漩涡现象,进一步优化了叶轮的设计,得到了水力性能较高的离心泵叶轮.     

离心泵叶轮内部清水流动实验研究

利用二维激光测速计测量了小出口角离心泵输送清水时最优和小流量工况叶轮内部流动.实验表明，在叶片吸力面没有很宽的尾流，压力面也不存在射流，叶轮内部流动与射流/尾流模型不符合.     

离心泵叶轮旋转失速团特性分析

旋转失速是一种会显著降低水泵性能的不稳定流动现象。为研究离心泵旋转失速团的特性,采用动态混合非线性SGS模型对一离心泵叶轮进行了大涡模拟,得到了泵内部失速流场和压力脉动特性。研究发现,对于所研究的叶轮来讲,叶轮失速频率为转频的24%,叶轮内存在3个失速团,失速团的转速为叶轮转速的8%。对不同时间的内部流场进行分析,可以看到失速团首先产生于叶片吸力面,并逐渐增大,几乎阻塞了整个流道,导致顺着叶轮旋转方向的相邻叶片的进口冲角减小,该通道过流能力提高,退出阻塞状态;而在逆叶轮旋转方向的相邻叶片的进口冲角增大,通流能力减弱,直到流场也发生阻塞。按照这种传播规律,失速团在叶轮流道内以8%的叶轮转速缓慢传播。     

离心泵叶轮内部流动数值解的评价

在贴体坐标系下，采用有限差分法计算了一个用激光测速计(LDV)测量过的实验叶轮内部无粘性流动。计算表明，在最优工况数值解与LDV测量值最大相对误差为17%，最小相对误差为2.7%，平均相对误差为11%.这一结果说明在最优工况，叶轮内部无粘性流动的数值解与实验得到的粘性解比较接近。因此采用叶轮内部无粘性流动模型和贴体坐标下系的有限差分法来进行离心泵叶片准三维反问题设计有较好精度。     

离心泵叶轮设计参数对性能的影响

水泵叶轮的设计参数对性能有直接的影响，水泵的叶片数Ｚ取５～６片、叶片出口角β２取３５°～４５°时水泵性能较为理想，叶片出口直径Ｄ２从２８４ｍｍ切割到２６６ｍｍ时，实测性能大部分比计算的性能低，叶片出口宽度ｂ２取决于额定流量，轮毂比Ｒｂ取决于泵的扬程和功率，水泵的转速ｎ、叶轮入口直径及叶片入口宽度取决于泵的汽蚀性能，叶片入口端位置对泵的性能影响不大。欲获得较理想的水泵性能，必须综合考虑这些因素的影响，选择最佳的参数组合，以求设计出性能优越的离心泵。     

基于CFD的离心泵叶轮水力性能优化

离心泵已广泛应用于工农业生产生活中,因此其效率的提升对于满足实际需要和节约能源有着非常重要的意义。为了解决某型号离心泵叶轮出口部位的少量紊流,为该离心泵叶轮添加了5个短叶片,以求减少紊流、改善叶轮出流状况、保护固定导叶,并达到进一步提升效率的目的。将添加短叶片前后的离心泵基于SST模型进行流场模拟,并绘制出Q-η曲线进行比较,然后将设计工况下添加短叶片前后的压力云图、速度流线图与实际试验数据进行比较分析。结果发现,在添加短叶片后,叶轮出口部位的紊流明显减小,液流更加均匀,效率也得到了一定程度的提升。试验结果可为该型号离心泵的优化和效率的进一步提升提供一种新的思路和理论参考。     

离心泵叶轮中颗粒轨迹与磨损的关系

通过对离心泵叶轮中颗粒轨迹影响因素的分析，从中获得了颗粒轨迹与磨损的关系。     

颗粒特性对离心泵叶轮叶片的磨损分析

为了预测离心泵叶轮叶片的磨损位置和计算磨损量的大小,利用有限元软件Ansys-FLUENT和离散元软件EDEM基于计算流体动力学(CFD)和离散单元法(DEM)耦合的方法,探究了颗粒体积分数(2%、3%和4%)、粒径(1 mm、2 mm和3 mm)、形状(球形、类球形和三角形)对离心泵叶轮叶片的磨损影响。结果表明离心泵内部压强最大处为隔舌部位,出口管道的滞留区域与大涡量区域分布一致,管道涡具有滞留作用;随着颗粒体积分数的增加,颗粒最大速度增加,最小速度减小,叶轮叶片磨损量增大,磨损分布不变;当粒径增大时,颗粒最大速度与最小速度同时增大,磨损增加,磨损最严重的位置由尾部变为头部,颗粒尖锐程度的增加也使得磨损加剧。     

高扬程大容量离心泵主要参数优化设计

云南省牛栏江-滇池补水工程干河泵站地处高海拔地区,泵站要求使用高扬程大容量离心泵,单机设计流量大,扬程变幅大,目前国内尚无可借鉴的水泵技术资料及泵型。以CFD数值模拟和模型试验为手段,并参考同类工程设计经验,综合考虑泵站海拔高程、供水要求、扬程变幅、泥沙条件、运行调节方式等因素,对水泵转速、效率、空化系数等关键水力参数进行了优化选择。分析结果表明,针对该输水工程特点研发的离心泵完全可以满足工程长期稳定运行要求。     

单级双吸式离心泵叶轮叶片磨损失效分析

磨损失效是水泵叶轮叶片3种主要失效形式（断裂、腐蚀和磨损）之一。作者从理论上阐述了水泵叶片磨损失效机制，具体分析了影响叶片磨损失效的各种因素，并结合泵站运行时间和维修经验，重点在合理选材、表面热处理、非金属涂层防护、合金粉末喷焊和补焊等6个方面，提出了防治水泵叶片过早磨损的技术措施和修补方法，以提高其有效的使用寿命。     

离心泵输送粘油时叶轮内部流动模型

利用二维激光测速测量了离心泵输送粘油时最优和小流量工况下大出口角小包角叶轮内部流动。试验表明，在叶片吸力面存在已经分离的尾流，压力面不存在射流，叶轮内部流动与射流／尾流模型不符，尾流宽度与工况有关。     

基于流固耦合及Kriging模型的离心泵叶轮优化

为提高离心泵叶轮的水力效率及结构性能,提出了流固耦合仿真技术与代理模型相结合的优化设计方法。通过均匀试验设计与CFD/CSD单向耦合仿真获得了样本数据,进而运用Kriging方法,分别建立离心泵叶轮效率、离心泵叶轮最大变形、离心泵叶轮最大应力与影响因素之间的代理模型。在此基础上,采用SQP算法求解以水力效率最大为目标函数,且考虑了离心泵叶轮的强度和刚度约束的优化模型。将该方法用于某离心泵叶轮的优化设计,结果表明取得了很好的效果。     

离心泵叶轮输送固相颗粒的数值模拟研究

为了研究不同固相体积浓度条件下固液两相流离心泵内流场的流动规律.应用Fluent软件对离心泵叶片流道进行流场模拟,在多重参考系坐标下,采用有限体积法对雷诺时均N-S方程进行离散,选用标准的κ-ε湍流模型和SIMPLEC算法进行求解,分别得出在不同固相体积浓度时叶片流道内固相浓度、速度和压力分布规律,对其进行分析和比较.模拟结果表明:在叶片的非工作面和入口处浓度差较大,造成流动效果降低;叶轮内部速度随着固相浓度的变化基本保持不变;叶片进出口总压差随着固相体积浓度的增加而增大.所得结论对于指导实际应用和为两相流离心泵的优化设计提供参考.     

离心泵叶轮水中固有频率经验下降系数分析及优化

在工程实际中,通常采用结构在空气中的自振频率乘以一个经验影响系数得出水中的自振频率,但是通过传统经验影响系数得出的结果与现实相比有很大的误差。本文选用能更加清楚表达水体对叶轮固有频率影响大小的下降系数进行研究。运用基于流固耦合的有限元方法对圆柱模型和两种离心泵叶轮进行模态计算,通过对结果的分析和比较发现：下降系数与结构的固有频率和振型有很大关系,采用分段取值更为合理,模态低阶取小值,高阶取大值,旋转振型取小值。最后对离心泵叶轮模型计算结果进行二次优化,得到更加符合实际的经验下降系数：模态前6阶除第3阶取0.05外,其余取0.15,第7—10阶取0.40。     

多机组高扬程离心泵站下部结构优化设计

结合工程应用,针对多机组、高扬程离心泵站的特点,将主副厂房及进水池结合布置,下部结构与主厂房形成整体结构,既便于维护管理,又节省投资、充分利用空间。针对下部结构跨度大、体积大、受力复杂的特点,在设计中采取多种措施,包括采用补偿收缩混凝土、基岩与底板间设隔离层、增设外防水层、出水管与边墙采用柔性连接、机座与底板整体浇注、采用先进计算理论指导配筋。