半开式复合叶轮离心泵不同叶顶间隙的水力特性分析

针对服务于航天低温循环系统的半开式复合叶轮离心泵效能利用率低的问题,研讨了其内流场在3种不同叶顶间隙下的工作情况。应用ANSYSY-Fluent软件对3种不同叶顶间隙的流场进行三维定常全流场数值模拟,得出3种叶顶间隙对离心泵内流特性的影响规律。通过对实物泵的水力特性试验以及试验结果与数值模拟结果对比分析,得出叶顶间隙是半开式离心泵存在能量损耗原因之一,减小叶顶间隙有利于提高效能利用率,并确认了试验数值模拟的可靠性。

叶顶间隙对半开式叶轮离心泵的性能影响研究

为探究叶顶间隙的改变对半开式叶轮离心泵外特性的影响,本文以一公开实验数据的半开式模型泵为研究对象,选取叶顶间隙δ分别为0.4mm、0.6mm、0.8mm、1.0mm、1.2mm、1.4mm、1.6mm、1.8mm和2.0mm九种方案,选取SST k-ω模型预测湍流,基于ANSYS-CFX对模型泵进行全流道数值模拟。通过CFD-Post对计算结果进行处理,得到不同叶顶间隙下离心泵扬程、效率、轴向力、轴功率四个参数变化情况以及不同叶顶间隙方案下间隙内流动情况,结合其曲线斜率、一阶导数值、内部流场情况进行深入分析,得出不同叶顶间隙下各参数的变化规律,为综合考虑各参数增长速度以及水泵应用的要求而设计半开式离心泵叶轮叶顶间隙值提供了一定的参考。

半开式单叶片螺旋离心泵叶轮内部压力脉动研究

半开式单叶片螺旋离心泵由于叶轮结构不对称、叶轮与蜗壳之间的动静耦合作用以及叶顶间隙泄漏等因素的共同作用,泵内部伴随着很强的压力脉动效应,不利于机组的安全运行。针对比转数ns为237的半开式单叶片螺旋离心泵,以CCM+为仿真平台,采用多面体网格划分计算区域,进行全流场定常/非定常数值计算,监测叶轮叶片进口附近及叶片中部区域的压力脉动。结果表明:数值计算监测得到的压力脉动趋势与试验结果基本一致,但在监测点位置刚好离开叶片吸力面一定距离,并与同一轴向高度处叶片压力面具有较大圆周距离范围内时,数值计算得到的压力波动变化趋势与试验结果存在一定差异。结合数值计算得到的监测点附近压力云图分析发现,当叶片压力面逼近监测点时,压力达到最大值,并在叶片圆周厚度1/3处时,压力达到最小值。另外,从压力最低点到压力最高点范围内,2个监测点位置在5个工况下,压力波动均呈现出3种斜率变化。

半开式离心泵叶轮内三维紊流的数值模拟

对离心泵半开式叶轮内三维紊流进行了数值模拟。计算在贴体坐标系和交错网格系统中进行，采用了ＳＩＭＰＬＥＣ算法。在从轮毂到前盖板的每一个断面上，可以分别得到速度和压力分布，另外还对边界层的变化进行了分析，数值模拟的结果是令人满意的。

混合沙粒对半开式叶轮离心泵磨损的影响

为了研究含有混合多种颗粒粒径的含沙水对离心泵过流部件磨损特性的影响,应用RNG k-ε湍流模型和SIMPLEC算法,基于颗粒离散相模型(DPM)和半经验的McLaury磨损模型,沙粒注入选用Rosin-Rammler分布的拟合方法,对1台半开式离心泵内固液两相流的磨损特性进行数值分析.研究结果表明:叶轮流道内沙粒组分中大颗粒有趋向叶片吸力面运动的趋势,当混合沙粒的粒径较小时,蜗壳内沙粒运动较为均匀,粒径越大,沙粒运动越贴近蜗壳壁面;不同粒径组分的沙粒在叶轮的压力面、吸力面和后盖板壁面上的平均停留时间分布相似,颗粒粒径越大,平均停留时间越少;在蜗壳壁面上沙粒组分中粒径不大于700μm的沙粒平均停留时间分布规律与沙粒在叶轮过流壁面上的平均停留时间类似,大于700μm的沙粒平均停留时间会随着粒径增加而增多;随着沙粒组分中大粒径沙粒的增加,叶片压力面的磨损强度逐渐减弱,叶片吸力面、后盖板和蜗壳的磨损强度逐渐增强.

叶顶泄漏流对半开式离心泵叶轮流动结构的影响

为研究不同叶顶间隙下叶顶泄漏流对半开式叶轮离心泵流动结构的影响,设计5种不同尺寸叶顶间隙方案,采用SST k-ω湍流模型,对半开式叶轮离心泵进行全流道三维数值计算,分析半开式叶轮叶顶间隙内部流动结构并进行可视化实验验证.结果表明:随着叶顶间隙的减小,离心泵的扬程和效率明显上升,间隙值减小到0.7 mm时,进一步减小叶顶间隙,泵的效率不再有明显变化;叶顶间隙选取最佳值对泄漏涡发展有一定的抑制作用.利用Q准则对涡进行判别发现:随着间隙的减小,主泄漏涡强度减弱,二次泄漏涡逐渐消失,对主流的影响减小;当间隙减小到0.7 mm时,二次泄漏涡完全消失,主泄漏涡强度最弱;叶顶间隙泄漏流对流场的干涉程度受流量影响,小流量工况时,通过减小叶顶间隙可以提高叶片区流动抗干扰能力.

半开式叶轮离心泵变叶顶间隙流动特性的研究

为研究叶顶间隙的改变对半开式叶轮离心泵内部流场及性能的影响,选取某半开式叶轮离心泵进行全流道数值模拟。结果表明,不同相对间隙下叶轮内压力变化大体趋势一致,沿着叶轮进口到叶轮出口等压线周向呈均匀分布,且总压由叶轮进口向出口逐渐递增;随着相对间隙值增大,沿圆周方向叶轮流道内压力梯度逐渐减小,由于叶顶间隙增大使叶轮流道中高压流体沿着轴向的泄漏量增加引起叶片做功能力减弱,叶轮叶片出口处局部高压区逐渐减弱。在同一径向位置间隙层中靠近叶片工作面附近流体压力较背面大,且在叶片工作面与背面两侧间隙层存在较大的压力梯度。间隙层出口处存在局部高压区,随着间隙值的增大该局部高压区有所减弱,不同相对间隙值下相对速度沿径向均匀增大。叶轮轴向截面内存在着回流、绕流等不稳定流动,轴向截面中有明显的回流涡产生。叶片工作面(PS)高压流体横跨叶顶间隙从高压区向低压区泄漏并与相邻叶片背面流道主流相互掺混并在叶片背面(SS)形成较为明显的间隙泄漏涡(TLV),间隙泄漏涡的尺度随相对间隙值的增大而增大。

单级单吸半开式叶轮离心泵性能偏差的原因分析与处理

通过对单级单吸半开式叶轮离心泵性能偏差的原因分析和探讨,确定了泵体和叶轮叶片之间的间隙值、半开式叶轮的外径尺寸D2和叶片宽度b2是影响泵扬程偏差的三个重要因素,并提出了针对性的改进措施和解决办法,使半开式叶轮离心泵的性能得到了可靠保证。

PIV在半开式离心泵内部流场测量中的应用

采用PIV对半开式离心泵叶轮内旋转流场和叶轮与蜗壳间隙的流速场 ,选择 3个不同方位的窗口进行了测量。所测量的 3种不同运行工况 ,其流量分别为额定流量的 1.4、1.0和 0 .6倍。不同窗口测得的两叶片间流道的流速分布表明 :即使在设计工况下 ,整个叶轮各叶片间的流速分布也不是对称的 ;在非设计工况尤其明显 ,3个叶槽之间的流场分布更加不同 ;特别是在小流量工况时 ,始终存在一个低速区 ,位于叶槽进出口之间 ,靠近压力侧。

半开式离心泵变工况叶顶间隙的流动特性

为研究不同工况下,叶顶间隙对半开式叶轮离心泵内部流场及外特性的影响,该文对某半开式叶轮离心泵内部三维湍流流场进行数值模拟。揭示了离心泵内不同工况下叶轮流道和叶顶间隙层内的流动规律,对比分析了4种不同流量工况下叶顶间隙泄漏涡的流动特性、叶顶间隙层总压与相对速度分布,以及流量的变化对离心泵外特性的影响。结果表明:在小流量(设计流量为1.5 m3/h)时,间隙层内充满了泄漏涡,随着流量的增加涡核逐渐减少;大流量时涡核几乎消失,但此时流体速度激增,流动冲击损失变大在叶轮出口与间隙层附近存在着大面积回流,小流量时回流几乎占据了整个出口。通过模型泵外特性试验,验证了数值计算的准确性。该文为离心泵叶顶间隙设计及水力优化提供了参考。

叶顶间隙对低比转数半开式离心泵性能的影响

为研究叶顶间隙对低比转数半开式高速离心泵内部流动及性能的影响,基于雷诺时均Navier-Stokes方程和Spalart-Amaras湍流模型,在叶顶间隙分别为0.5,1.1和2.5 mm时对一台比转数为19.3的半开式高速离心泵内部流动进行三维紊流数值计算,并进行外特性试验验证.研究结果表明:叶顶间隙可以改善叶轮内部的流动情况,但较大间隙的叶轮内部的循环流动引起的水力损失大于较小间隙内的循环流动和回流引起的水力损失;因此随着叶顶间隙的增大,离心泵扬程及效率均减小;而且在叶片中部和尾部的叶顶间隙层内,相对速度和静压随着叶顶间隙的增大而减小,且相对速度受叶顶间隙的影响尤为明显,静压沿着叶轮半径近似呈线性增加;叶轮流道内沿轴向分布的切向速度和径向速度随着叶顶间隙的增大分别减小,但切向速度较为均匀,减小量相对较小;数值模拟与试验得到的外特性曲线变化趋势一致.

半开式叶轮与导流器间隙对自吸泵性能的影响

为分析射流式自吸离心泵的半开式叶轮与导流器前盖之间的间隙大小对其性能的影响,采用数值模拟的方法得到了4种不同间隙下射流式自吸离心泵水力性能、径向力变化规律、自吸过程泵内部气液两相分布及流动情况,结果表明:间隙大小对射流式自吸离心泵水力性能影响明显,随着间隙增大,泵扬程和效率呈明显下降趋势,额定工况点间隙为0.5时的扬程和效率相对于间隙2mm时的扬程和效率分别下降14.43%、7.07%;叶轮与导流器上径向力也随间隙增大而减小;叶轮含气率、导流器两个不对称出口及泵体出口的气相质量流率随间隙增大而降低.兼顾考虑水力性能、自吸性能及加工装配工艺,最终确定叶轮与导流器前盖的间隙为0.5mm.样机试验结果表明:在额定工况点扬程34.21m,效率55.29%,当自吸高度为5m时,自吸时间45s,达到设计要求。

卫生泵半开式叶轮内部流场分析

针对广东日新泵业的卫生型(Sanitary Centrifugal Pump)水泵,对叶轮内的三维不可压湍流流动进行了数值模拟。计算结果结合卫生型水泵的实测揭示了叶轮内湍流流动的速度分布、压力分布规律,对叶轮内部的流动状况进行了研究与分析,从而为卫生型泵的优化设计奠定了基础。

解读API 610标准第11版首次增加半开式叶轮泵

本文对API 610标准第11版首次增加半开式叶轮的条款进行了解读,归纳出半开式叶轮的五个优点。对前半开式和后半开式(美国专利)两类典型半开式叶轮泵的特点进行了分析。通过后半开式叶轮泵的两张性能曲线图看出,半开式叶轮效率比闭式叶轮效率高8%~9%。介绍了福斯公司和ITT公司半开式叶轮小流量泵的特点。国内高校及相关研究机构对半开式叶轮离心泵的研究也作了简要介绍,对半开式叶轮的研究目标是开发出效率优于闭式叶轮的水力模型设计软件。最后简述了ASME B73.1规范和API 610标准在技术条件和泵结构上的明显差异,针对我国石化工程的实际情况,建议先在单级低压离心泵上开发水力性能优于闭式叶轮的半开式叶轮API泵,再去开发其它型式和压力等级的半开式叶轮API泵。

离心泵内气液两相流动的图像测量

本文利用高速摄像和图像处理技术,对离心泵半开式叶轮内的气液两相流动进行了图像测量。结果表明,单气泡运动轨迹都有向叶片非工作面靠拢的趋势,但随运行工况的改变,其运动轨迹略有变化。另沿叶轮轴向选择3个测量断面,分别获得了不同掺气量、不同运行工况下多气泡滞留图谱。由图谱可知,当被输送介质掺气量达到一定浓度时,气泡总是先在叶轮后盖板和叶片出口非工作面附近滞留,随掺气浓度增大,逐步发展到叶轮前盖板和叶片工作面附近,且运行工况对气泡滞留图谱也有一定影响,大流量运行工况对滞留气泡有一定的冲刷作用,小流量运行工况下气泡滞留严重。

复合叶轮相似水力特性的数值模拟与试验验证

以比转速相近的某型航天长寿命离心泵为模型泵,基于组合相似换算法、ANSYSY-Fluent软件三维全流场多工况数值模拟和水力特性试验三者相结合的方法设计离心泵,结果表明:设计泵的最大功率点较于模型泵向大流量工况偏移,且功率正斜率较模型泵高。结果表明:设计泵B与模型泵最高效率点均处在1.02倍额定流量工况下,而设计泵B的效率高效区比设计泵更宽,并且高效区较模型泵较平稳,但是在小流量区域模型泵的效率高于设计泵A、B,而且变化斜率不同,设计泵A、B的正斜率大于模型泵,在大流量区域设计泵A、B的效率高于模型泵,在设计泵额定流量的0.76倍处模型泵与设计泵B相交并呈现出不同的变化趋势,且设计泵B的效率正斜率较模型泵高。采用组合相似法放大设计泵在(0.5~1.5)倍额定流量范围内,出口压力、功率随流量变化趋势与模型泵基本一致,效率较模型泵增加明显,设计泵与模型泵满足相似换算准则。

多级离心泵半开式叶轮参数优化的数值研究

为了改进和完善多级离心泵的性能需求,本文采用CFD(计算流体力学)方法,建立了包含叶轮、导叶、叶轮前后间隙、密封口环和平衡孔的三维全流道实体模型,重点对叶轮结构进行了参数化的分析与研究,比较了不同参数的叶轮对多级离心泵的性能影响,基于模拟结果给出了改善低比转速多级离心泵性能的结构和设计建议,该数值方法的提出和完善可为多级离心泵的水力性能提高提供参考和依据。