变螺距诱导轮的设计计算方法

诱导轮是一种叶片负荷很小的轴流叶轮,由于它本身具有很高的抗汽蚀性能,所以把它装在离心叶轮前面进行增压,可以提高整台泵机组的抗汽蚀性能。常用的诱导轮是螺旋诱导轮,其中以平板式等螺距诱导轮用得最多。但是,等螺距诱导轮在水力性能方面是不完美的,因为它的螺距从入口到出口不变,就不能按常用的设计准则来设计出最满意的诱导轮。采用变螺距诱导轮,正是针对等螺距诱导轮的     

高抗汽蚀性能泵的设计和试验研究

本高抗汽蚀性能泵的NPSH_r=0.54～1.41 m,首级叶轮前装有一个3叶片的变螺距诱导轮。试验研究表明,在普通叶轮前加装诱导轮只能在有限程度上提高泵的抗汽蚀性能,只有诱导轮和主叶轮匹配设计,也就是考虑诱导轮出口流动与叶轮进口流动良好配合,设计的主叶轮才能更有效地提高泵的抗汽蚀能力。     

诱导轮出口螺距对离心泵空化性能的影响

为了查明诱导轮出口螺距对离心泵空化性能的影响,设计了入口螺距相同、出口螺距逐渐增大的三个诱导轮:诱导轮5-5、诱导轮5-8、诱导轮5-11;采用k-ε湍流模型和Singhal空泡动力学模型,对泵内流动进行空化数值模拟,分析了设计工况下离心泵空化断裂特性和气泡分布流场特征。结果表明:相比于等螺距诱导轮5-5,加设变螺距诱导轮5-8及5-11的离心泵在相同进口压力条件下具有更高的扬程和更少的流场内气泡分布,在同一流量工况下具有更低的空化断裂点,在空化断裂点泵扬程分别提高了10.4%和18.6%;变螺距诱导轮保持进口螺距不变,增大出口螺距可以进一步提升半开式叶轮离心泵抗空化性能。     

等螺距诱导轮内部流动的数值模拟

基于雷诺时均N-S方程和S-A湍流模型对等螺距诱导轮内部的流动进行三维紊流数值计算和分析,获得诱导轮流道内的速度场、压力场的分布规律。发现诱导轮最易发生汽蚀破坏的位置在叶片吸力面进口前缘的外缘处,相对速度的大小从轮毂到轮缘大致上是沿径向增加的,从轮毂到半径的中部相对速度的增加的幅度大于从半径中间到轮缘的增长幅度;静压从诱导轮进口到叶片尾部是增加的,但从叶片尾部到诱导轮的出口的部分区域静压会减少。并针对有和无诱导轮两种情况,对高速离心泵进行试验研究,通过试验验证了具有前置诱导轮的离心泵可以改善泵的汽蚀性能。所提出的诱导轮模拟方法对高速诱导轮离心泵的进一步研制和优化设计具有一定的指导意义。     

诱导轮叶片参数对大流量离心泵汽蚀性能的影响

诱导轮作为离心泵的重要辅助部件之一,对水泵汽蚀性能的改善有重要作用。针对某大流量离心泵汽蚀性能不佳的问题,采用响应面分析和数值模拟的方式,对该离心泵的诱导轮叶片参数进行了优化,探究了诱导轮导程、叶片厚度和叶片数对大流量离心泵汽蚀性能的影响规律。首先,构建了大流量离心泵的仿真模型,对其进行了外特性计算,将计算结果与试验结果进行了对比,对仿真结果的可靠性进行了验证;然后,根据诱导轮扬程与泵汽蚀性能呈正相关的规律,以诱导轮的叶片参数(导程L、厚度T、叶片数Z)为变量因素,以诱导轮扬程最大为优化目标,对诱导轮进行了响应面计算分析,得到了响应面优化后的诱导轮叶片参数,并对比分析了优化前后诱导轮的扬程;最后,针对诱导轮优化前后的离心泵,在不同工况下进行了叶轮汽蚀情况和临界汽蚀余量对比分析。研究结果表明：叶片导程对诱导轮扬程的影响不大,而减小叶片厚度、增加叶片数可以大幅提高诱导轮扬程;额定工况下,经响应面优化后的诱导轮扬程提高了0.6 m,泵的临界汽蚀余量相比原型泵降低了0.15 m。该结果可以为大流量离心泵诱导轮的优化设计提供理论参考。     

诱导轮和离心泵叶轮内部空化流动数值分析

为了提高诱导轮离心泵的空化性能和运行稳定性,阐明诱导轮和离心泵叶轮几何参数对空化性能的影响规律,基于空泡可压缩性影响修正的RNG k-ε模型和改进的空化模型,对诱导轮和离心泵叶轮内部流场进行空化数值计算。数值结果表明:在小流量工况和额定工况下,空化性能曲线基本一致;在大流量工况下,空化特性曲线波动相对比较严重,空化性能较差。额定流量下泵蜗壳水力损失最小,小流量工况下蜗壳水力损失最大。临界汽蚀余量时,蜗壳水力损失突升。无空化条件下,随着前口环间隙值的增大,诱导轮扬程、效率和前口环间隙泄漏量增大,泵和叶轮的扬程、效率值降低,泵的空化特性曲线的稳定性变差,使诱导轮叶片出口液流角发生偏转,导致诱导轮和离心泵叶轮内部产生周期性的交变空化流。     

诱导轮内流场数值计算及汽蚀特性分析

为得到诱导轮内部的速度场、压力场及湍流场的分布规律,在基于SIMPLEC算法上,采用了雷诺时均Navier-Stokes方程(简称N-S方程)控制方程和修正了的k-ε湍流模型,对两种结构参数的双叶片诱导轮进行了内部三维不可压湍流流动数值计算。计算结果表明诱导轮最容易发生汽蚀破坏的位置在进口外缘处,计算结果还表明增加诱导轮叶片轴向距离及导程有利于提高诱导轮的汽蚀特性。同时进行了不带诱导轮和带两种结构参数诱导轮的离心泵的外特性试验,试验结果表明离心泵在没有诱导轮的情况下较易发生汽蚀,而增加诱导轮能够明显改善离心泵的汽蚀性能,诱导轮的导程、叶片轴向长度、及其叶尖包角几何参数值等几何参数对汽蚀性能有较大影响。结合流场数值计算结果和试验研究结果,证实了通过增加轴向距离和导程等合理改变结构参数可提高诱导轮的汽蚀性能。     

基于CFX正交试验的深井离心泵导叶的优化设计

为提高深井离心泵的水力性能,针对100QJ16型深井泵,按照L9(34)正交表,选取空间导叶的进口冲角、包角、叶片出口安放角和叶片数等4个因素,每个因素取3个水平,设计出9个导叶模型,并分别与同一个叶轮装配。基于CFX软件,对两级模型泵进行了全流场数值模拟,获得9组方案在额定工况下的扬程和效率。采用极差分析法分析了各几何参数对扬程和效率的影响规律以及影响空间导叶性能的主要因素和次要因素。空间导叶进口冲角和叶片包角对两级泵的扬程和效率的影响较大。将优化方案进行了样机试验,其效率达到了设计要求。     

锅炉给水泵诱导轮失效原因分析及改进

分析300 MW机组锅炉给水泵诱导轮叶片断裂的原因及诱导轮汽蚀对诱导轮进口叶片的影响。通过对诱导轮叶片断口进行金相分析,发现诱导轮叶片组织的缺陷,提出针对性的改进措施。现场运行结果表明,采用的改进方案能够降低诱导轮叶片前缘负荷,提高诱导轮强度、性能。改进后的诱导轮经一年多运行,没有再出现叶片断裂问题。     

带诱导轮化工磁力泵的研发

如何有效提高汽蚀性能是化工磁力泵需要解决的关键问题。本文根据泵内汽蚀产生的机理,通过对变螺距诱导轮的理论研究和计算流体力学CFD分析,以提升汽蚀性能为目标对结构实施改进,由此提高了磁力泵的汽蚀性能和使用可靠性。     

离心泵诱导轮的设计

通过对离心泵汽蚀现象和改善离心泵抗汽蚀性能的几个方案的分析,在不影响正常生产的前提下,设计了两级不同进口安放角的诱导轮以达到不等距诱导轮提高离心泵汽蚀性能的效果。经实际改造后,取得良好效果。     

采用环形入口壳体的诱导轮汽蚀性能研究

针对某型号液体火箭发动机离心泵所发生汽蚀问题,在基于SIMPLEC算法上,采用雷诺时均Navier-Stokes方程(简称N-S方程)控制方程、Realizable k-ε湍流模型和mixture多相流模型,对泵环形入口壳体和诱导轮进行汽蚀性能研究。在数值流场计算研究中,分析各部件对诱导轮汽蚀性能的影响,发现诱导轮及环形入口壳体内流场的不对称性降低诱导轮的汽蚀性能。通过合适调整环形入口壳体面积比以及环形入口壳体出口与诱导轮之间的距离,使环形入口壳体出口流场收缩,在加速流中获得较均匀的速度场,改善了诱导轮入口流动参数,提高了诱导轮的汽蚀性能。所采用的改进方法对液体火箭发动机离心泵的研制和优化具有一定的指导意义。     

离心泵的叶片进口几何形状对泵汽蚀性能的影响

为了改善离心泵内的汽蚀性能,以ZA150 -315石油化工离心泵为研究对象,在离心叶轮基本外尺寸和设计转速相同的情况下,以3种不同厚度变化规律构造3种离心泵叶轮,运用FLUENT软件进行数值模拟计算,得到了汽蚀发生时泵内部气-液两相分布规律和压力分布规律.分析表明:叶片进口段的形状影响泵的汽蚀性能.叶片进口段形状越接近流线型泵的抗汽蚀性能越好,加大叶片进口段曲率半径可以降低泵的汽蚀余量,改善泵的汽蚀性能.     

小流量高扬程离心旋涡泵的设计与试验研究

采用加大流量法对小流量高扬程离心旋涡泵进行了水力设计,并对自行研制的HTB-5/60型离心旋涡泵进行了与开式旋涡叶轮、复合离心叶轮及诱导轮有关的性能试验及汽蚀试验.试验研究表明:设计的诱导轮大大提高了泵的汽蚀性能,样泵的各项性能均可达到设计要求,复合离心叶轮与开式旋涡叶轮串联离心旋涡泵的理论设计是可行的.     

叶轮进口参数对立式泵汽蚀性能的影响

以立式自吸泵为研究对象，针对自吸泵的高抗汽蚀性能要求，通过数值模拟、样机试验验证的方法，探究叶轮进口参数对叶轮抗汽蚀性能的影响。研究表明：适当增大叶轮进口直径能有效提高立式泵抗汽蚀性能；增大叶轮前盖板半径有利于立式泵抗汽蚀性能；叶片进口宽度直接影响立式泵抗汽蚀性能。试验结果表明，文中所用设计方法可为立式自吸泵的水力设计提供参考。     

前置轴流叶轮对离心泵汽蚀性能的影响

随着离心泵向高转速化发展,离心泵的汽蚀性能成为其稳定运行的重要因素。本研究在离心轮前安装一种特殊的轴流式叶轮以提高离心泵的抗汽蚀性能。轴流式叶轮的水力设计采用升力法,设计完成后用PUMPLINX软件对装有轴流式叶轮的离心泵进行数值模拟,模拟结果表明:装有轴流式叶轮的离心泵其性能参数符合设计要求,且临界汽蚀余量显著降低到安全范围内。最后对此泵做性能试验和汽蚀试验,试验后把试验结果与装有常规诱导轮的离心泵的试验结果进行对比,结果表明,在此次研究中,装有轴流式叶轮做诱导轮的离心泵其性能与汽蚀特性均符合设计要求,并且很好地改善了装有常规诱导轮的离心泵此前在结构上的问题。     

诱导轮的设计原理及其在喷水推进泵上的应用

推导出诱导轮汽蚀比转数与工况参数、叶轮几何参数的关系,以此分析影响诱导轮汽蚀性能的主要因素,作为泵诱导轮汽蚀性能设计的理论依据.并且进一步找出适于装诱导轮的喷水推进泵型式及合理使用范围,探讨了装诱导轮的喷水推进导叶式混流泵设计原则.     

变螺距诱导轮的设计步骤及参数选择

详细介绍了变螺距诱导轮的设计过程，给出了其主要结构参数的计算方法或选择依据，对诱导轮与离心轮的结构匹配关系进行了探讨。通过实例验证，文中提出的设计方法设计的诱导轮具有很好的汽蚀性能。     

叶片进口修缘对离心泵汽蚀性能影响的数值计算与试验研究

为了改善离心泵的汽蚀性能,根据经验,确定了两种叶片进口修缘形式。首先通过原型泵的外特性试验,确定了能量性能和汽蚀性能曲线。基于完整空化模型和混合流体两相流模型,对原型泵运行工况下叶轮内空化流动进行全流道数值计算。预测得到原型泵能量性能和汽蚀性能曲线,与试验曲线吻合良好;同时得到汽蚀发生过程中叶轮流道内空化发展的静态特征,与理论相符。故采用相同的数值分析方法对两种叶片进口修缘后的叶轮进行分析,分析表明：进口修缘后泵的汽蚀性能得到了提高,叶片进口工作面修缘形状越接近流线型,泵的汽蚀性能越好。对较好修缘形式的泵进行试验,得到其能量性能曲线和汽蚀性能曲线,数值分析与试验研究的曲线吻合,修缘后泵的临界汽蚀余量得到改善。研究结果对离心泵汽蚀改善的方法具有一定的指导意义。     

不同叶片冲角离心泵内流诱导振动噪声研究

基于离心泵流动诱导振动噪声的试验测试系统,测量了不同叶片进口冲角模型泵在全流量范围内的振动和噪声信号并对其进行了处理和分析。研究结果表明:叶片进口冲角存在一个最优值,使离心泵的性能最佳;模型泵内部流动诱导的振动对泵体的影响最大,随着叶片进口冲角的增加,在各流量下模型泵噪声信号的轴频和叶频能量峰值均没有明显变化规律,但当叶片进口冲角为9°时,在1750～2250Hz频段内的噪声信号消失。