导叶安装角度对离心泵叶轮结构特性的影响

为提高带导叶蜗壳式离心泵的运行稳定性,研究了不同导叶安装角度对离心泵性能及叶轮结构力学响应的影响.以某带导叶蜗壳泵为研究对象,首先对其进行流场数值模拟,再通过静态和瞬态结构分析模块将水压力载荷导入叶轮结构,以实现单向流固耦合分析,研究不同导叶安装角度下叶轮变形与等效应力变化规律,最后通过模态分析研究叶轮结构的振动特性.结果表明:随着导叶安装角度减小,泵的高效区向小流量工况偏移,并且最高效率逐渐增大,最大提高2.1%;单向流固耦合分析得到的稳态结果与瞬态结果规律一致,其中叶轮最大变形量和最大等效应力值都随流量的增大而减小,在设计工况附近,都随导叶安装角度的减小而减小,最大差值为3.3%,且最大等效应力值变化的幅值较小;预应力对叶轮干模态固有频率的影响可忽略不计,与干模态对比,湿模态下的固有频率有较显著下降.

导叶安装角和稠度对向心涡轮气动性能影响的研究

为探索导叶安装角和稠度对涡轮性能和流动损失的影响,本文基于NASA科技报告中的紧凑型开式向心涡轮几何,采用数值模拟分析研究了不同导叶安装角开度不同和不同导叶稠度条件下的向心涡轮气动特性的变化规律。结果表明:在导叶安装角的变化过程中,导叶开度增大,导叶排通流面积增加,向心涡轮流量增大,但气流在导叶进口处攻角变大,导致冲击碰撞产生更多局部损失;随着导叶开度减小,流道收敛度增加,气流拥有更大的膨胀比和出口速度,提高了气流在动叶进口的做功能力,速度增加的同时减弱了通道涡的局部损失。在设计工况下89.8%~107%设计通流面积的调节范围内,增大叶片稠度使得导叶通流面积减少、收敛度增加,气流在获得高膨胀比和气流速度的同时气体流量显著减少,损失了部分涡轮输出功。

变弯度导叶铰接位置对风扇振动特性的影响

针对变弯度导叶尾迹激励引起的转子叶片共振,基于谐响应模态叠加法对风扇转子进行强迫振动分析,研究了不同铰接位置的变弯度导叶对风扇气动性能及其振动特性的影响。结果表明,随着铰接位置向尾缘移动,风扇转子流量、压比和效率增加,稳定裕度降低,主要影响下游转子叶根部位的进气角度。在气动激励方面,随着铰接位置后移,转子叶片表面的压力幅值增大,相位变化剧烈,通过将非定常气动力转换到模态空间中,可以看到叶片所受模态气动力在铰接位置为35%C (C为轴向弦长)的情况下达到最大值,后呈现先减小后增加的规律,这与振动响应的变化规律一致。铰接位置对所关注的高阶局部模态的气动阻尼影响较小,最大差异为0.046%。在振动响应方面,转子叶片的振动应力随铰接位置剧烈改变,且为非单调变化。在设计位置处叶片的振动应力最小,在35%C处振动应力达到设计位置的15倍。对于本文所研究的模型及工况,最优铰接位置为45%C,与仅考虑气动性能的25%C不同。因此在变弯度导叶设计时,需要考虑其对叶片振动特性的影响。

改变导叶翼型对水泵水轮机“S”特性的影响

针对水泵水轮机“S”特性区域的不稳定性问题,提出使用改型活动导叶翼型进行性能提升.以某水泵水轮机模型为研究对象,采用SST k-ω湍流模型对水泵水轮机全流道进行三维数值计算,通过对活动导叶翼型的改型设计,得出流量-转速模拟曲线,分析水泵水轮机组“S”特性改善情况.将计算与试验结果进行对比,并对改型活动导叶翼型前后机组的无叶区进行压力脉动分析.结果表明:在保证整体效率依然保持在92%附近的前提下,新的活动导叶翼型对机组的“S”特性依旧具有改善效果;无叶区压力脉动主要是受到活动导叶叶栅区域的分流在此重新聚集影响,并且与转轮叶片的动静相互扰动引起的;改型后的活动导叶降低了无叶区的压力脉动幅值,提升了水泵水轮机运行中的并网稳定性.

双级可转导叶压气机性能研究

压气机的稳定性是保证压气机其他性能及燃气轮机正常运行的基础,而压气机存在着失速、喘振等不稳定现象,这种不稳定流动会严重影响整机运行的稳定性。导叶/静叶可调是一种防止喘振从而避免压气机进入失稳流动的有效措施。该文介绍了一个集成式压气机实验台,除了可进行高精度可转导叶性能研究外,还可进行压气机不同叶片综合性能和局部特性实验测量工作,且其数据采集集成系统可满足实时准确观测实验台相关参数的需求。通过实验与数值模拟相结合的方法对2.5级轴流压气机进行了研究,通过逐级调节进口导叶和一级静叶的旋转角度,获得了叶片调节角度与压气机效率之间的对应关系。

导叶几何参数对液力透平压力脉动的影响

为提高导叶式液力透平的运行稳定性,研究导叶几何参数对液力透平压力脉动的影响。在IS80-50-315型低比转速离心泵反转作液力透平叶轮进口前添加径向导叶,对导叶出口角、叶片数和径向高度采用正交试验设计的方法匹配相同叶轮形成新的液力透平模型,利用CFX软件在蜗壳内、导叶与叶轮间隙和叶轮上沿周向设置监测点进行定常和非定常数值计算,对定常计算结果进行极差分析,得出导叶几何参数对液力透平性能影响的主次因素,形成最优方案组合,并对非定常数值计算压力脉动结果进行时域和频域分析。结果表明:径向导叶几何参数组合对水力效率和水头的影响均为叶片数>径向高度>出口角;导叶式液力透平的压力系数在导叶与叶轮间隙上最大,其次在叶轮上,蜗壳内部压力系数最小;当叶轮叶片数相同时,径向导叶出口角和径向高度的值在合理范围内选取较小值时,有利于降低导叶式液力透平的压力脉动幅值和提高运行稳定性。

用于催化裂化装置强制循环泵的三元导叶设计方法及性能分析研究

强制循环泵是催化裂化装置烟气热量回收系统中重要的水循环动力设备,蜗壳为半球形结构带导叶的LUV型泵是一种广泛应用的强制循环泵,其导叶结构对泵的性能有着至关重要的影响。本文针对强制循环泵二元导叶在不同叶高处的进口叶片安装角与水流角不匹配的问题,发展了采用后盖板和前盖板的叶片中弧线角度分布和叶片厚度分布来构建叶型的三元导叶叶片结构设计方法,并数值研究了导叶后盖板和前盖板处进出口叶片安装角对泵额定工况效率和内部流动特性的影响。结果表明:随着前后盖板叶片进出口安装角中一个变量的增大,额定流量点效率均先增大后减小;设计的三元导叶方案比二元导叶方案在额定工况下的效率提高了0.9%;后盖板附近的叶片安装角与水流角的匹配性对泵的效率起到了更加重要的作用;三元导叶方案在后盖板附近0.1叶高截面上进口水流角与叶片安装角的匹配关系得到改善,此截面上的旋涡区减少,导叶内的能量耗散减小。

叶轮与导叶宽度匹配参数对LNG泵压力脉动特性的影响研究

应用CFD技术研究了叶轮和导叶宽度匹配设计对LNG潜液泵压力脉动特性影响,进行了宽度匹配设计,采用K-epsilon湍流模型进行了多工况数值模拟,引入无量纲参数R(导叶进口宽度/叶轮出口宽度)进行结果分析,分析验证了泵的外特性,得到了LNG泵的时、频域压力脉动特性等。结果表明:压力脉动主频为叶轮的叶频,次频为其倍频。时域峰值与监测点处的相对位置有关,相对于交界面越近,时域峰值越大。压力脉动幅值随R增加先减小后增大,存在最佳宽度匹配方案使得泵压力脉动峰值降低。

导叶关闭规律对大小机组水电站同时甩负荷工况的影响分析

针对两台大机组、两台小机组联合布置的一洞四机的水电站,基于特征线法,建立系统的过渡过程模型,模拟系统甩负荷工况,研究分析一段直线关闭规律及两段折线关闭规律对过渡过程的影响。结果表明:一段直线关闭规律时间越长、两段折线关闭第一段关闭时间越长、折点开度越大以及第二段关闭时间越长时,蜗壳最大压力越小,机组最大转速上升率越大;增加转动惯量有利于改善过渡过程参数,可通过调整大(小)机组的转动惯量使大小机组过渡过程极值接近。

不同开度可调涡轮导叶前缘气膜冷却效果研究

针对变循环发动机的可调低压涡轮导叶开展了不同开度下的前缘气膜冷却效果研究。采用数值仿真的方法,研究了5种典型导叶开度下的导叶表面压力系数分布规律,探究了开度与冷气吹风比对叶片前缘气膜出流特性和覆盖特性的影响规律。结果表明:导叶开度的减小导致前缘的气动驻点位置向压力面方向移动,造成前缘冷气射流更多地流向吸力面侧,使吸力面气膜冷却效率提高;此外,导叶开度的减小导致吸力面与压力面的冷气贴壁效果都有提高,但两者的具体机理不同。导叶开度的变化对前缘气膜孔最佳吹风比影响较小,不同开度下的最佳吹风比都在1.0附近。由于导叶开度为0°时滞止线位于气膜孔排4之上,堵塞效应显著,与开度为5°、−5°条件相比,面平均气膜冷却效率降低了13.6%。

水轮机模式多级液力透平同径正反导叶水力性能研究

针对按泵工况设计的多级泵式间导叶用于液力透平装置时不能满足转轮对水流环量要求的问题,结合水轮机设计理论和CFD数值仿真研究了泵式同径正反导叶关键结构参数对液力透平装置的水头损失、效率和工作水头等影响程度。结果表明:适当增大反导叶叶片进口边直径,隔板边缘倒圆角,级间导叶进口处内外壁倒圆角均能够减小级间导叶水头损失、提高液力透平工作效率;导叶线型及数量对其出口水流速度环量影响较大;增大包角或增多叶片数量可增强导叶对水流强迫作用,提高出口水流环量,但增加导叶水头损失。可为用于液力透平的同径正反导叶的设计提供参考。

压缩空气储能系统用多级离心压缩机进口导叶调节策略研究

压缩空气储能系统在储能过程中,储气装置内部压力不断升高,这要求压缩机在较大压比范围内工作。高效变工况是压缩空气储能系统中压缩机的核心要求,为实现这个设计目标需要采取合适的调节方式及其调节策略。可调进口导叶结构简单,可在工作过程中运行,并可利用伺服装置实现自动化,是目前压缩空气储能系统中压缩机最适合的调节方法之一。本文以压缩空气储能系统中某4级离心压缩机为研究对象,建立了一种适用于多级离心压缩机变工况调节的性能预测方法,采用数值模拟得出单级离心压缩机性能曲线,并编写级性能叠加程序获得整机性能曲线。利用最小二乘法将多级离心压缩机性能数据拟合为多项式函数,采用遗传算法建立了以等熵效率为优化目标,进口导叶开度为优化变量,整机出口压力或者流量为约束条件的可调进口导叶调节策略程序。

涡流恢复导叶对螺旋桨气动和声学性能影响研究

为了对比安装涡流恢复导叶与单排螺旋桨气动性能和气动噪声的差异,采用数值模拟的方法研究了安装六种不同间距涡流恢复导叶和单排螺旋桨的气动力及气动噪声。研究结果表明:在起飞状态,级间距Δx=0.27的工况下,安装涡流恢复导叶使得推力系数增加6.4%,效率增加6.7%。随着间距的增大,前级叶片的桨尖涡、尾迹涡等涡系结构在通过后级叶片时破碎并向下游传播,且强度逐渐减小。噪声强度随着级间距的增加而逐渐减小,最大级间距涡流恢复导叶的噪声与最小级间距涡流恢复导叶噪声相比降低5.7 dB,噪声下降幅度随级间距的增加逐渐减缓,存在级间距最优位置使得推力增加最大,噪声强度适中。

电站含不同装机容量机组导叶关闭规律

扩建小容量生态机组是保证已建电站下游所需生态用水的有效方式之一.对于需要扩建机组的水电站,增设机组和原设机组选取的导叶关闭规律是否协调对于调节保证参数有着重要意义.基于特征线法建立了过渡过程仿真模型,探究设有不同装机容量机组水电站的导叶关闭规律组合,开展了新增生态小机组前后对电站调保参数影响的对比分析,并揭示了电站中机组装机容量对蜗壳压力的影响机理.结果表明:电站中原机组若沿用增设生态机组前的关闭规律,会导致蜗壳压力超出控制标准,因此应适当延长导叶关闭时间;机组装机容量越大,机组转速越小,蜗壳压力越大;电站设置不同装机容量(AABB)机组时,装机容量较小的机组A可直接采用电站全为该容量的方案(AAAA)的关闭规律,装机容量较大的机组B可参考电站全用较大装机方案(BBBB)的关闭规律.研究成果可为同类型水电站的导叶关闭规律选取提供参考.

导叶叶片数对LNG四级潜液泵轴向力及首级叶轮流场的影响研究

应用CFD技术研究了导叶叶片数对LNG潜液泵首级叶轮压力和轴向力分布的影响,对一、三级导叶同时设计7、8、9三种叶片数,采用K-epsilon湍流模型进行了多工况数值模拟,并采用液氮工质进行了相关外特性试验验证,得到LNG泵内部首级叶轮压力分布以及轴向力特性。结果表明:潜液泵所受总轴向力在导叶数为8时最小,泵的整体效率最优。作用在首级叶轮上后盖板的轴向力大于前盖板。其中,导叶数为8时首级叶轮前后盖板轴向力最小,压力分布最均匀;而导叶数为9时,与叶轮叶片数9相同,运转时会有共同的倍频出现,在相同的倍频上振动累加,并诱发共振,导致前后盖板的轴向受力最大,叶轮前盖板所受轴向力相对于其他方案平均增加了3.45%;后盖板轴向受力绝对值平均增加1.88%。综上,导叶数为8时潜液泵的水力效率最优。

进口导叶对斜流式叶轮级性能调节的数值研究

针对两种不同翼型的进口导叶,数值研究了导叶在不同开度下对超大流量系数斜流级内部气体流动的影响和调节特性,并预测了进口导叶与斜流叶轮耦合在不同导叶开度下的性能曲线。结果表明,进口导叶能有效扩大调节范围,使斜流压缩机能在更宽的工况范围内运行。导叶开度和翼型对斜流叶轮的气动性能产生影响,开度增大导致气体流动的不均匀性变大,而当开度增大到一定程度时,进口导叶的调节能力变差,对斜流叶轮气动性能产生负面影响。

带有端隙密封导叶的可调涡轮非稳态流场分析

本文基于端隙密封导叶(ESGV),利用数值模拟的方法研究ESGV涡轮在脉冲进气条件下的内部流场和性能,分析了ESGV对可调涡轮内部流动的影响.结果表明,整个脉冲周期内,ESGV涡轮能够有效抑制间隙泄漏流,并且,高压脉冲周期内的ESGV间隙泄漏损失降低程度大于低压脉冲周期的对应值.ESGV优化了转子进气入射角度,其转子前缘流动分离现象更弱,转子出口高熵区面积更小,整个涡轮级ESGV的流动损失更小,最终导致一个脉冲周期内的ESGV涡轮的平均效率提升了13.4%.

进口导叶对S-CO_(2)离心压缩机内部流动及性能的影响研究

超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide,S-CO_(2))布雷顿循环被认为是具有前景的动力循环之一,S-CO_(2)压缩机性能对循环热效率有很大影响。该文以带进口导叶的S-CO_(2)离心压缩机为研究对象,采用数值模拟方法探究预旋角度对S-CO_(2)离心压缩机内部流动和性能的影响。结果表明:预旋角绝对值的增大会加剧导叶吸力面侧的流动分离,导叶段总压损失与叶轮进口处流动不均匀程度也随之增大;随着正预旋角度增大,叶轮进口处相对气流角和相对速度减小,叶片吸力面侧膨胀加速和流动分离减弱;较大的正预旋角度会导致大流量工况下进口导叶段出现两相区流体。该文研究结果可为S-CO_(2)离心压缩机进口导叶调节提供一定参考。

导叶安放位置对离心泵蜗壳水力损失影响的数值研究

针对导叶安放位置对蜗壳水力损失影响的问题,对不同导叶安放位置下离心泵水动力特性进行了数值分析,并加以试验验证。首先,选取了5组不同的导叶安放位置,并开展了外特性试验以验证数值模拟结果的准确性;其次,基于数值模拟结果,分析了导叶安放位置对过流部件总压降变化的影响规律;然后,采用回转面展开的方式,研究了不同导叶位置下蜗壳进口来流条件变化,分析了导叶位置对蜗壳来流的影响;最后,分析蜗壳流道由进口至出口的总压变化规律,结合流场分布分析了导叶位置对蜗壳水力损失影响规律。研究结果表明:不同导叶位置下离心泵扬程和效率最大差异分别约为4.8%和3.5%;受蜗壳出口段漩涡影响严重,蜗壳水力损失变化明显高于其他部件;在θd 4位置时,出口段漩涡影响最小,蜗壳水力损失显著下降;隔舌位于导叶流道中间位置时,蜗壳来流均匀,蜗壳水力损失显著下降,泵性能更优。

空间导叶出口宽度变化对潜水泵性能的影响

为研究空间导叶出口宽度变化对潜水泵水力性能的影响,以200QJ-32-56型潜水泵为研究对象,保持导叶其他参数不变,通过改变空间导叶出口外径,将导叶出口宽度在轴面投影图中设计了5个水力方案,并基于雷诺时均方程N-S方程和RNG k-ε湍流模型,对5种导叶方案的水力模型进行全流场非定常计算。计算结果表明:导叶出口宽度d4=14 mm时为最佳设计方案,在设计流量32 m3/h模型泵的扬程为56.56 m,效率为68.14%,增大或减小出口宽度模型泵整体性能都会下降;导叶出口宽度设计得当能够有效提高导叶内压强分布的均匀性,降低湍动能并减小水力损失,同时改善下一级叶轮的入流条件,从而提升了整泵的水力性能。