新型射流式自吸喷灌泵的设计及试验

为改进射流式自吸喷灌泵的性能,设计了一种带不对称出口导流器的射流式自吸喷灌泵并进行了样机试验。试验结果表明:带不对称出口导流器的射流式自吸喷灌泵性能达到设计要求,对比同参数自吸泵(本田泵)其外特性参数有明显优势,同时其自吸时间相对于原带对称出口导流器的射流式自吸喷灌泵有了大幅下降。     

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。     

长短叶片叶轮双吸离心泵径向力数值仿真

将1200S56型单级双吸离心泵原型叶轮改型为长短叶片复合叶轮,以该改型双吸长短叶片复合叶轮离心泵为研究对象,基于CFD理论对该离心泵内部流场进行数值仿真。通过改变边界条件获得不同工况下叶轮出口与蜗壳耦合面的静压、速度分布。采用叶轮出口压力法分析该离心泵在不同工况下的径向力,并与原型叶轮离心泵径向力分析结果对比。结果表明:采用长短叶片复合叶轮使叶轮出口的静压力及绝对速度变大,增加了离心泵的扬程,有效的提高了泵的整体水力性能;短叶片的增加使该泵径向力的最小值点向大流量偏移,出现在1.2倍额定流量工况,最小值由原型叶轮的5574N减小到1494N;采用长短叶片复合叶轮改善了泵在大流量工况下的径向受力情况。     

射流式自吸离心泵的设计

介绍一种新型射流式自吸离心泵的工作原理及结构。射流器中喷嘴的高速射流效应使泵的进口形成真空,液体被吸上来,泵完成自吸过程,消除了普通离心泵不能自吸的缺陷。正常运行时阀关闭,射流器停止工作,泵的效率提高了3％以上。叙述了射流式自吸离心泵的设计方法,并对泵的性能进行了试验分析,给出了结果,最后总结了泵的优点。     

混装不同叶轮的多级离心泵驼峰性能研究

针对多级离心泵小流量区域的扬程易产生驼峰、运行不稳定的问题,提出了一种不同水力的叶轮进行混装的改进方案,并通过对比试验对改善扬程驼峰的有效性进行了验证,结果表明：通过叶片数为5、出口宽度为23.7 mm的A叶轮与叶片数为3、出口宽度为33.6 mm的B叶轮进行混装,较好地改善了多级离心泵小流量区域的扬程驼峰;效率为76%的A叶轮与效率为75%的B叶轮混装后泵效率为75.7%,不会因改善驼峰而牺牲泵的效率;相较传统的通过改变单个叶轮水力模型的叶片数、叶片出口角、叶轮出口宽度等参数来改善扬程驼峰的方法,更加方便灵活,且不会因改善驼峰而牺牲泵的效率。研究结论可为改善多级离心泵扬程驼峰的设计方法提供参考。     

大型自吸离心泵设计及试验研究

基于大流量自吸离心泵在结构上创新的设计了自吸系统,该系统主要由射流和排气装置组成,实现了大流量离心泵的自吸性能。对大流量自吸离心泵的性能进行了检测,结果表明,泵的各项指标都满足设计要求,扬程45.22 m,效率72.79%,自吸高度5.3 m时,自吸时间为62 s;自吸高度8.1 m时,自吸时间为173 s,自吸时间小于国家标准规定值。该泵设计合理,效率高,性能曲线平坦,高效率区宽。该泵的研制成功对于城市排涝、矿山排水、农业大型排灌具有重要现实意义。     

小流量高扬程液氢泵水力优化和抗空化的结构设计

针对液氢在低温系统或低温储罐中输送的应用需求，依靠泵设计经验参数取值而设计的小流量高扬程液氢泵，相似定律转换为模型泵，试验测试其外特性得到：在额定工况下，与理论扬程相比，泵内存在6 m水力损失，同时，液氢总是处于近饱和状态，特别当泵前低温流体的进口压力降低或波动时，离心式液氢泵极易发生空化，造成扬程下降。以提高液氢泵的抗空化特性和提高泵水力效率为目标，建立小流量高扬程液氢泵的多目标优化设计方法，依据小流量高扬程液氢泵模型泵的外特性测试结果，对泵头的几何结构参数进行优化设计，结果表明：叶轮入口直径增大1.5 mm、直角的叶片进、出口安放角减小为60°、叶轮出口直径减小0.5 mm、叶片进口宽度减小0.1 mm,叶片出口宽度减小0.3 mm,减小流体出口间隙，有利于泵减小水力损失，提高泵效率，并改善泵的空化性能。本研究采用的计算方法为小流量高扬程液氢泵高效水力模型的优化设计提供参考，研究结果为小流量高扬程液氢泵的结构优化和获得工作特性的实验研究提供理论依据。     

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。     

不对称出口导流器的射流式喷灌泵优化研究

为改善射流式喷灌泵的性能,提高泵的效率。本文设计了一种有2个出口的不对称导流器,可以加快泵内的气液混合与分离。通过正交试验和数值模拟方法,得到叶轮与导流器中截面多方案的空气体积分布云图,分析其气液混合与流动规律,研究导流器出口1角度θ、导流器出口2角度α和基圆直径D3对喷灌泵性能的影响,并对数值计算结果进行极差分析。研究结果得出方案4的导流器几何参数较为合理,并进行样机试验。样机试验证明:在额定工况下,泵的效率为68.86%,比国家标准值提高7.6%,达到设计要求。     

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。     

混流式核主泵叶轮叶片厚度分布规律对能量性能的影响

采用数值计算方法,开展混流式核主泵叶轮叶片自前盖板至后盖板方向厚度分布规律对能量性能影响的研究。通过对5种具有不同厚度分布规律叶片的叶轮进行比较分析,探索最佳叶片厚度比值和其对叶片表面静压力分布规律的影响。结果表明:当叶片后盖板处厚度与前盖板处厚度比值L=1.5时,叶轮的水力效率达到最高,当L=1.25时叶片做功能力低,叶轮内能量损失大,水力效率较低;在小流量工况下,随着比值L的增加,相同流量下扬程和水力效率都随之升高;在大流量工况下,扬程和水力效率都随着L的增大而降低;叶轮流道内压能沿着前盖板至后盖板方向增大并且最大压能位置向中间移动。     

Influence of blade thickness on transient flow characteristics of centrifugal slurry pump with semi-open impeller

As the critical component, the impellers of the slurry pumps usually have blades of a large thickness. The increasing excretion coefficient of the blades affects the flow in the impeller resulting in a relatively higher hydraulic loss, which is rarely reported. In order to investigate the influence of blade thickness on the transient flow characteristics of a centrifugal slurry pump with a semi-open impeller, transient numerical simulations were carried out on six impellers, of which the meridional blade thickness from the leading edge to trailing edge varied from 5-10 mm, 5-15 mm, 5-20 mm, 10-10 mm, 10-15 mm, and 10-20 mm, respectively. Then, two of the six impellers, namely cases 4 and 6, were manufactured and experimentally tested for hydraulic performance to verify the simulation results. Results of these tests agreed reasonably well with those of the numerical simulation. The results demonstrate that when blade thickness increases, pressure fluctuations at the outlet of the impeller become severe. Moreover, the standard deviation of the relative velocity in the middle portion of the suction sides of the blades decreases and that at the outlet of the impeller increases. Thus, the amplitude of the impeller head pulsation for each case increases. Meanwhile, the distribution of the time-averaged relative flow angle becomes less uniform and decreases at the outlet of the impeller. Hence, as the impeller blade thickness increases, the pump head drops rapidly and the maximum efficiency point is offset to a lower flow rate condition. As the thickness of blade trailing edge increases by 10 mm, the head of the pump drops by approximately 5 m, which is approximately 10 % of the original pump head. Futhermore, it is for the first time that the time-averaged relative flow angle is being considered for the analysis of transient flow in centrifugal pump. The presented work could be a useful guideline in engineering practice when designing a centrifugal slurry pump with thick impeller blades.

     

新型无堵塞自吸污水泵的设计

针对ZW系列自吸排污泵存在易堵塞叶片和耐磨板不易更换的问题,进行了改进设计。简述了新型无堵塞自吸污水泵的特点和设计思想,分析了该泵的结构特点,提出了该泵的水力设计和结构设计方法,并研究了前置供水通道仓、转子部件以及回流孔对自吸污水泵的影响。最后,设计试制了新型无堵塞自吸污水泵的样机,并对其进行了试验。研究结果表明,新型自吸排污泵具有无堵塞性能好、自吸时间短、耐磨性强、可靠性高、使用维修方便等特点,泵的性能曲线符合设计要求,达到了预期设计目标,为今后相关工作提供了有益的参考。     

考虑毛细流动效应的微型柱塞泵自吸性能研究

微型柱塞泵是微型液压驱动系统的核心部分。由于微型柱塞泵进出管和配流阀流道小，使得在研究微型柱塞泵自吸性能时，除了流体重力、惯性力和黏性力外，还要考虑毛细流动效应对微型柱塞泵自吸性能的影响。在对比了流体黏度、管径和浸润角等因素后，对微型柱塞泵自吸过程进行了理论分析。结果表明，微型柱塞泵自吸性能受流体重力、惯性力、黏性力和毛细流动效应共同作用影响，并且在不同管径、流体黏度和浸润角下，各种力的影响程度不同。     

基于叶片翼型负荷的螺旋离心泵叶轮域能量转换机理

为了研究螺旋离心泵叶轮做功原理以及能量转换机理,应用计算流体力学原理对100LN-7型螺旋离心泵进行数值模拟,由此获得螺旋离心泵叶轮域速度参数,在引入动静扬程和负荷系数基础上,将欧拉方程用速度表示,建立试验方案。在叶片负荷翼型理论下,应用欧拉方程将螺旋离心泵的能量转换与叶轮几何形状、尺寸联系起来,分析沿叶轮包角的能量变化,揭示螺旋离心泵叶轮域能量转换特性。结果表明叶轮作为泵内做功核心部件,其螺旋段螺旋推进作用提供了能量传递,离心段完成能量转换,叶轮的螺旋段螺旋推进作用和离心段的能量转换相互配合,构成了螺旋离心泵工作的过程。其中,叶片翼型负荷中的升力对叶片做功贡献最大,这一结论对于提高螺旋离心泵叶轮水力设计具有重要的意义。     

旋涡泵内部流动分析及水力设计

依据摩擦力和离心力双重做功效应原理,阐述了旋涡泵的工作过程及泵内能量损失的原因。在分析5个代表性旋涡泵优秀水力模型主要技术参数基础上,拟合出叶片数Z、叶轮外径D、叶片宽度b、流道面积A及直径系数ε、宽度系数β和流速系数λ经验计算公式。通过分析比较提出旋涡泵机械效率ηm、容积效率ηv和流动效率ηh计算公式。25WZB1.5-25-0.75自吸旋涡泵开发的案例验证了本文设计方法具有较高的准确性。     

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。     

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。     

3D Particle image velocimetry test of inner flow in a double blade pump impeller

The double blade pump is widely used in sewage treatment industry,however,the research on the internal flow characteristics of the double blade pump with particle image velocimetry(PIV) technology is very little at present.To reveal inner flow characteristics in double blade pump impeller under off-design and design conditions,inner flows in a double blade pump impeller,whose specific speed is 111,are measured under the five off-design conditions and design condition by using 3D PIV test technology.In order to ensure the accuracy of the 3D PIV test,the external trigger synchronization system which makes use of fiber optic and equivalent calibration method are applied.The 3D PIV relative velocity synthesis procedure is compiled by using Visual C++ 2005.Then absolute velocity distribution and relative velocity distribution in the double blade pump impeller are obtained.Test results show that vortex exists in each condition,but the location,size and velocity of vortex core are different.Average absolute velocity value of impeller outlet increases at first,then decreases,and then increases again with increase of flow rate.Again average relative velocity values under 0.4,0.8,and 1.2 design condition are higher than that under 1.0 design condition,while under 0.6 and 1.4 design condition it is lower.Under low flow rate conditions,radial vectors of absolute velocities at impeller outlet and blade inlet near the pump shaft decrease with increase of flow rate,while that of relative velocities at the suction side near the pump shaft decreases.Radial vectors of absolute velocities and relative velocities change slightly under the two large flow rate conditions.The research results can be applied to instruct the hydraulic optimization design of double blade pumps.     

基于轴流泵间隙流动的新水力设计方法

轴流泵叶轮轮毂与轮缘处间隙流动及边界层对轴流泵性能的影响很大,应用Numeca及Flu-ent等软件对轴流泵叶轮轮缘间隙中的流动进行数值模拟,根据流动模拟结果对叶轮叶片型线及轮毂、轮缘处的叶型设计进行修正,使其速度-压力分布比较理想,并提出了基于间隙流动的轴流泵水力设计方法,这种新的水力设计方法有利于改进轮缘和轮毂处边界层以及轮缘间隙中的流动,达到提高轴流泵效率的目的。