双吸离心泵吸水室和压水室压力脉动特性试验研究

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。采用试验的方法,分别在吸水室和压水室的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,进行混频幅值和频谱分析。结果表明,低于轴频的低频脉动和轴频脉动在吸水室区域占主导地位。在额定流量和大流量工况下,低频脉动频率主要为1/3倍的轴频。在小流量工况下,该低频脉动影响范围显著扩大,幅值明显增大。叶频脉动在隔舌区域非常强烈,是压水室区域的主导脉动成分,沿压水室圆周方向传播并耗散脉动能量。当偏离额定工况时,压水室压力脉动峰峰值显著增加,尤其是在小流量工况,该幅值达到额定工况下相应值的5~6倍。     

核主泵压水室非定常流动特性分析

为改良核主泵水力性能,提高核主泵安全可靠性,探究不同流量下核主泵压水室流线变化规律,分析压水室压力分布特点,关注类隔舌位置水力压力的时域、频域特性,对混流式核主泵进行全流道仿真计算。计算结果表明,类球形蜗壳压力分布呈明显的梯度变化,且在其壁面靠近类隔舌位置有最大压力出现。设计工况下,压水室压力脉动主要受叶频影响,随着流量的减小,转频诱发水力振动的成分增加,但是压水室主频与转频、叶频都存在一定的偏差。若流量过小,压水室内流体湍流度增加,压水室出口段流线也将呈现螺旋状。     

两级离心泵压力脉动与振动的相关特性分析

该文以两级离心泵为研究对象,探究离心泵压力脉动与振动的相关特性。在离心泵泵体布置若干压力脉动测点,同时在泵体和水泵机组的机脚布置相应的振动测点,进行同步数据采集。对采集到的信号通过快速傅里叶变换(FFT)进行频谱特性分析;通过计算压力脉动信号与振动信号的相干函数,比较各测点的相干系数,分析压力脉动对振动的影响。结果表明:两级离心泵泵体一级导叶出口处与泵体二级导叶出口处的压力脉动均以叶频为主;泵体导叶处的压力脉动对水泵机组机脚在不同方向的振动影响存在差异,泵体导叶在叶频处压力脉动是垂直于安装面方向的机脚振动和平行于离心泵出口方向的机脚振动在叶频处产生振动分量的主要原因,泵体的一级导叶在轴频处的压力脉动是垂直于离心泵出口方向的机脚振动在轴频处产生振动分量的主要原因。     

叶轮与导叶匹配关系对立式离心泵水力特性影响的实验研究

大型含导叶立式离心泵广泛应用于高扬程远距离调水,旋转叶轮与静止导叶动静干涉引起的无叶区内高幅值压力脉动是影响其稳定运行的关键因素.为研究叶轮与导叶匹配关系对水泵水力特性的影响,对3台模型泵开展能量特性与压力脉动同台对比实验,分别监测了进水流道、无叶区和压水室的压力脉动信号,并进行时域和频域分析.结果表明:泵运行流量越靠...     

核主泵关键过流部件非定常流动特性分析

为改善核主泵的水力性能,减少核电事故,促进核主泵的国产化,对混流式核主泵的水力单元进行了定常与非定常数值计算,以探究其关键过流部件的流动特性。对流量在0.2~1.0 Q0工况条件下核主泵的外特性进行了分析,重点对其极小流量工况、最优工况以及设计工况下叶轮与压水室的内流特性进行了分析研究。结果表明,叶轮叶片的进口靠近后盖板的位置容易出现涡流,在叶轮的出口部位,压力脉动最为剧烈,而且叶轮的压力波动幅度明显要高于压水室的;压水室类球形蜗壳内的流体流动呈螺旋状,在其近壁面,特别是类隔舌的位置,较易形成不稳定的流动;叶轮与压水室压力脉动的主频与叶频相近,核主泵水力单元的最优工况出现在0.8 Q0,其效率为82.22%;同时研究结果还表明,如果流量过小,则易造成大量的绕流漩涡,而且压力脉动的程度也将随之显著增加。     

高扬程两级双吸离心泵时序效应研究

因叶轮与导叶的周向相对位置变化而产生的时序效应对水泵性能有直接影响。本文针对一台两级叶轮均为6叶片的双进口两级双吸离心泵首级叶轮、过渡流道和第二级叶轮所组成的相位分别为0°、15°、30°及45°等4种方案,对0.6Q、1.0Q及1.2Q等3种典型工况下的水泵瞬态特性进行了研究,分析了过流部件压力脉动频域特征,总结了压力脉动及叶轮径向力变化规律。研究表明:两级双吸离心泵叶轮相位对水泵扬程及效率的影响不显著,偏差在2%以内,但相位对水泵过渡流道和压水室压力脉动影响大,在设计工况下,相对于0°、15°及45°方案,30°方案对过渡流道入口隔舌处压力脉动主频幅值削减度分别达70%、38%和40%;对压水室隔舌处压力脉动主频幅值削减度分别达31%、18%和22%。4种方案对应的离心泵叶轮径向力在各工况下均呈周期性变化,且30°方案下叶轮所受到径向力最小。为保证水泵安全稳定运行,建议两级双吸离心泵首级叶轮与第二级叶轮在圆周向呈对称交错安装。本文研究成果为高扬程多级离心泵的优化设计和稳定运行提供了科学依据。     

抽水蓄能机组水轮机工况启动时机组及厂房振动时频分析

对抽水蓄能机组水轮机工况启动过程中,机组摆度、振动、厂房振动、压力脉动随转速变化的时频特性进行了试验研究。研究结果表明,当抽水蓄能机组水轮机工况启动时,机组升速过程中,机组摆度信号有明显的转频及倍频分量;机组振动速度信号、电站厂房振动信号有明显的3倍叶片过流频率;压力脉动信号主频与转速没有明显的关系,具有低频随机脉动特性。     

用于确定双吸离心泵Suter曲线的三维内特性法研究

水泵Suter曲线是泵站水锤分析的必备条件之一。现有用于获取双吸离心泵Suter曲线的实测法具有难度大、成本高的特点,而间接插值估算法的精度又比较低,本文提出了一种通过水泵流场三维数值计算确定双吸离心泵Suter曲线的新方法,简称三维内特性法。该方法采用计算流体力学(CFD)技术,对双吸离心泵的水力模型进行三维造型、工况离散、流场计算及结果转化,以快速、准确地获取双吸离心泵Suter曲线,在正水泵工况、正水轮机工况、反水轮机工况、反水泵工况等工况下,计算出相应流量、转速、扬程和转矩关系。定量分析表明,相比于间接插值估算法,采用三维内特性法获得的Suter曲线中,Wh(x)的计算精度平均提高了39.2%,Wb(x)的计算精度平均提高了26.3%;在将采用该方法获得的双吸离心泵Suter曲线用于事故停泵工况水锤分析时,计算得到的系统最大压力降低了15.0%,管线发生汽化压力的范围缩减了81.4%,双吸离心泵的最大倒流量增大了11.9%,最大倒转速降低了6.1%,与实际测试结果更为接近。该方法为提高双吸离心泵站水锤分析精度提供了一种新技术途径。     

大型立式轴流泵变频反向发电压力脉动特性分析

为研究水泵在反转发电时,转速对水泵性能的影响,对水泵在变频反向发电工况下进行全流道数值模拟。可知:水泵在进行反向变频发电时,流线较一般水轮机流线图分布差,出转轮部分水流出现絮乱;压力脉动幅值在出转轮处最大,进转轮处次之,进导叶时最小,最大压力脉动系数为0. 56,约为进转轮的20倍。压力脉动幅值沿转轮中心向转轮边缘逐渐增大,边缘处压力脉动系数约为转轮中心处的8倍;水流受转轮转动影响严重,进出转轮截面水流压力脉动主频为叶频,次频为转频。     

流道喷涂对双吸离心泵压力脉动特性影响研究

流道喷涂技术能有效提高水泵过流部件抗磨损能力并降低水力损失,但其对压力脉动特性的影响并不明确。本文采用试验的方法,对一双吸离心泵流道喷涂前后的压力脉动进行同台测试,并分析了混频幅值和频谱特性。结果表明:流道喷涂处理降低了流道粗糙度,减小了水力损失,提高了效率,但同时也改变了水泵固有的压力脉动特性。对于吸水室,喷涂处理缩小了压力脉动稳定区的范围,使小流量工况区的压力脉动峰峰值达到喷涂处理前的2.8倍,加剧了水泵在小流量工况下运行的不稳定性。对于压水室,喷涂处理使靠近隔舌区域在小流量区的压力脉动明显增加,使远离隔舌区域在大流量区的压力脉动增加。而在设计流量区域,喷涂对各个位置压力脉动影响不明显。为了使喷涂技术发挥综合效果,保证水泵运行稳定,应该尽量避免喷涂后的水泵在偏离设计流量工况运行,特别是严格避免水泵在低于0.75倍设计流量工况运行。     

Numerical prediction of 3-D periodic flow unsteadiness in a centrifugal pump under part-load condition

Numerical simulation and 3-D periodic flow unsteadiness analysis for a centrifugal pump with volute are carried out in whole flow passage, including the impeller with twisted blades, the volute and the side chamber channels under a part-load condition. The pressure fluctuation intensity coefficient （PFIC） based on the standard deviation method, the time-averaged velocity unsteadiness intensity coefficient （VUIC） and the time-averaged turbulence intensity coefficient （TIC） are defined by averaging the results at each grid node for an entire impeller revolution period. Therefore, the strength distributions of the periodic flow unsteadiness based on the unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes （URANS） equations can be analyzed directly and in detail. It is shown that under the 0.6Qd~. condition, the pressure fluctuation intensity is larger near the blade pressure side than near the suction side, and a high fluctuation intensity can be observed at the beginning section of the spiral of the volute. The flow velocity unsteadiness intensity is larger near the blade suction side than near the pressure side. A strong turbulence intensity can be found near the blade suction side, the impeller shroud side as well as in the side chamber. The leakage flow has a significant effect on the inflow of the impeller, and can increase both the flow velocity unsteadiness intensity and the turbulence intensity near the wall. The accumulative flow unstea- diness results of an impeller revolution can be an important aspect to be considered in the centrifugal pump optimum design for obtaining a more stable inner flow of the pump and reducing the flow-induced vibration and noise in certain components.     

采用径向回流平衡孔的低比速离心泵压力脉动特性

采用Relizable k~ε模型对具有径向回流平衡孔以及传统轴向回流平衡孔和无平衡孔结构的低比速离心泵进行全流场非定常数值模拟,并进行时域分析和频域分析。研究结果表明:平衡孔采用径向回流方式、传统轴向回流方式以及无平衡孔结构这3种方案时,离心泵的叶轮进口、蜗壳出口以及蜗壳隔舌处的流体均随时间呈周期性波动,脉动频率以叶片通过频率为主;具有径向回流平衡孔的低比速离心泵与其他2种结构形式的低比速离心泵相比,能够有效地改善蜗壳隔舌处的压力脉动情况。     

叶片数对高比转速离心泵固液两相非定常流的影响

为了探索叶片数在固液两相流条件下对高比转速离心泵非定常特性的影响情况,利用ANSYS CFX软件,采用Mixture多相流模型,对4种不同叶片数离心泵的固液两相湍流进行了非定常数值模拟,分析了叶片数对固液两相流离心泵瞬时扬程、压力、压力脉动及径向力的影响。研究结果表明：① 随着叶片数量的增多,固液两相流离心泵的瞬时扬程增大,波动频率变快,蜗壳内及隔舌处的压力值越来越大,波动频率变快,脉动幅值反而越来越小,叶轮上的径向力会减小,隔舌处的径向力会增大;② 不同叶片数的固液两相流离心泵蜗壳内及隔舌处的压力脉动主频均出现在其叶频处;③ 叶片数为5时,是蜗壳的内压力值和压力脉动幅值增减速度快慢的分界点,也是叶轮上及隔舌处径向力大小增减速度快慢的分界点。     

抽水蓄能机组工况转换过程中无叶区压力特性

抽水蓄能机组无叶区压力脉动是机组及厂房振动的重要振源之一,尤其在工况转换过程中对厂房及机组振动起到决定性作用。考虑到工况转换过程属于典型的非稳态时变过程,本文采用时域混频幅值方法与时频分析中的短时傅里叶分析方法对抽水方向调相转抽水与发电方向调相转发电过程中无叶区压力信号进行了分析。研究结果表明:工况转换时无叶区水环吸收功率受球阀工作密封投退影响,工作密封退出后至顶盖排气阀关闭前时间段内吸入功率恒定,不受排气回水过程影响。工况转换时,因密封退出导致水环增厚,恶化了无叶区压力脉动情况。抽水方向调相至抽水工况转换与发电方向调相至发电工况转换时,无叶区压力脉动分别在转轮造压过程中和小负荷区达到最大值。工况转换过程中,无叶区存在明显的动静干涉频率和一倍叶片过流频率。一倍叶片过流频率均起源于球阀密封退出瞬间,抽水方向调相转抽水时动静干涉频率起源于尾水与转轮接触时,而发电方向调相转发电时动静干涉频率与一倍叶片过流频率同时产生。     

分流叶片对离心泵内部固液两相流的影响

为了研究分流叶片对离心泵内部固液两相流的影响,建立固液两相流模型,对无分流叶片离心泵和3种带分流叶片的离心泵进行全流道非定常数值模拟。重点分析了添加分流叶片对离心泵外特性、叶片表面压力脉动、叶片表面颗粒体积分数分布、叶片表面颗粒滑移速度的影响。分析结果表明:添加分流叶片以后,离心泵的扬程和效率均有显著的提高,叶片表面的颗粒分布更加均匀,叶片表面颗粒的滑移速度有不同程度的下降,使颗粒对叶片表面的磨损程度得以降低;当分流叶片的进口直径为0.65D2时,叶片出水边处的压力脉动幅值最小,减小了离心泵在运行过程中的振动和噪声。     

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.     

UNSTEADY FLOW ANALYSIS AND EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF AXIAL-FLOW PUMP

The three-dimensional unsteady turbulent flow in axial-flow pumps was simulated based on Navier-Stoke solver embedded with k-ε RNG turbulence model and SIMPLEC algorithm.Numerical results show that the unsteady prediction results are more accurate than the steady results,and the maximal error of unsteady prediction is only 4.54%.The time-domain spectrums show that the static pressure fluctuation curves at the inlet and outlet of the rotor and the outlet of the stator are periodic,and all have four peaks and four valleys.The pressure fluctuation amplitude increases from the hub to the tip at the inlet and outlet of the rotor,but decreases at the outlet of the stator.The pressure fluctuation amplitude is the greatest at the inlet of the rotor,and the average amplitude decreases sharply from the inlet to the outlet.The frequency spectrums obtained by Fast Fourier Transform(FFT) show that the dominant frequency is approximately equal to the blade passing frequency.The static pressure on the pressure side of hydrofoil on different stream surfaces remains almost consistent,and increases gradually from the blade inlet to the exit on the suction side at different time steps.The axial velocity distribution is periodic and is affected by the stator blade number at the rotor exit.The experimental results show that the flow is almost axial and the pre-rotation is very small at the rotor inlet under the conditions of 0.8 QN -1.2 QN.Due to the clearance leakage,the pressure,circulation and meridional velocity at the rotor outlet all decrease near the hub leakage and tip clearance regions.     

Unsteady flow structures in centrifugal pump under two types of stall conditions

The stall is an unsteady flow phenomenon that always causes instabilities and low efficiency for pumps. This paper focuses on the unsteady flow structures and evolutions under two types of stall conditions in centrifugal pump impellers. Two centrifugal pump impellers, one with 6 and another with 5 blades, are considered and a developed large-eddy simulation method is adopted. The results show that the alternative stall occurs in the impeller with 6 blades, while, the rotating stall is observed in that with 5 blades. The flow structure and the pressure fluctuation characteristics are further analyzed. For the alternative stall, the stall cells are fixed relative to the impeller, but a large vortex in the stalled passage is always swaying. The outlet vortex is generated from it, and then develops and sheds periodically. For the rotating stall, the stall cells first occur in the suction side of the blade. With the growth of the stall cells, the block area gradually increases until the inlet region is almost blocked, then moves to the pressure side with a continuous decay. When the rotating stall occurs, the amplitude of the pressure fluctuation is much larger than that under the alternative stall condition. The propagation of the stall cells has a significant effect on the pressure fluctuations in the impeller.