基于流固耦合的多级潜水泵叶轮结构强度分析

利用ANSYS的Workbench平台,通过单向流固耦合模型对叶轮的应力应变进行了数值研究。分别计算出叶轮受流体压力及离心力载荷作用所产生的最大等效应力及变形量,进一步获得2种载荷共同作用时的效果。在此基础上,研究了叶轮最大等效应力及变形量随流量的变化特征,并对叶轮进行结构强度校核。结果表明,叶轮最大等效应力及变形量主要受流体压力作用影响,而受离心力的影响较小。当流量逐渐增加,叶轮最大等效应力先增大后减小,叶轮变形量则逐渐减小。强度校核结果表明,叶轮符合强度要求。

多级潜水泵内部压力脉动特性

为研究多级潜水泵的瞬态运行特性,基于Fluent软件,采用标准k-ε湍流模型,SIMPLEC算法,在滑移网格技术的基础上,对两级模型泵进行三维非定常数值模拟.得到了潜水泵的水力性能并与试验进行对比,计算了不同位置处的压力脉动情况,并对其结果进行了时域和频域分析.结果表明:不同位置点处压力脉动均呈现周期性变化,其周期接近叶轮叶片数,频率接近叶频,而导叶叶片数对压力脉动周期影响较小;叶轮内的脉动频率从叶轮进口到叶轮出口逐渐增加,且在叶轮出口处达到极大值,导叶中则与之相反;压力脉动最剧烈的地方在叶轮出口处,各监测点的主频几乎都为叶频;次级流道叶轮和导叶各监测点压力脉动系数幅值高于首级流道各监测点;次级流道导叶内仍存在2个波峰,压力脉动并未完全消除,两级导叶内监测点主频不同.

基于CFD技术的多级潜水泵优化设计

结合多级潜水泵的特点,针对后倾式叶轮及空间导叶的多级潜水泵,以效率最大为优化目标进行优化设计。为了提高优化的精度,对后倾式叶轮和空间导叶进行参数化拟合处理,选择叶轮和导叶的进出口角作为控制参数并在原模型基础上增加±20°作为优化范围,在不断进行流场校核的基础上基于遗传算法寻找目标函数的最优值,得到控制参数变化范围内的最优叶轮模型。数值模拟结果表明:当叶轮根部进口角为35.53°,出口角为27.32°,导叶进口角为15.48°,出口角为61.75°时获得最优模型,优化后的水泵效率提高了4.12%,单级扬程提高了1.449 m,拓宽了水泵的高效区,提高了水泵的运行稳定性,泵性能得到了优化。

基于正交试验的多级井用潜水泵叶轮出口与导叶进口参数匹配研究

为提高多级井用潜水泵的效率,同时保证泵的扬程,以200QJ50-65型5级井用潜水泵为例,按照L9(34)正交表,选取了叶轮出口边斜度、叶轮出口边与导叶进口边间隙、导叶进口边宽度3个因素,每个因素取3个水平,组合出9组方案。采用CFD数值模拟对多级井用潜水泵的前两级进行了全流场数值模拟,获得了9组方案在额定工况下的效率、扬程。通过正交试验法和极差分析得到了各因素对效率和扬程的影响规律以及各因素对泵效率、扬程影响的主次顺序,提出了多级井用潜水泵叶轮出口与导叶进口匹配的最佳方案。结果表明:优化方案在额定工况下相比原模型泵的效率提高了4.87%,单级扬程提高了2.8 m。通过内流场分析得到了优化后泵的水力性能提高的原因。

叶轮与导叶时序位置对井用潜水泵性能影响

为探究叶轮与空间导叶时序位置匹配关系对井用潜水泵性能的影响,以200QJ20型井用多级潜水泵为研究对象,将次级叶轮和次级空间导叶分别旋转自身相邻两叶片夹角1/2的时序位置,组合四种不同时序方案。利用CFD方法对各组模型内部流场进行定常与非定常仿真模拟。结果表明:当时序位置不同时,最大扬程与最小扬程相差0.5 m,最大效率与最小效率相差0.5%;当次级叶轮旋转1/2叶轮叶片夹角,次级空间导叶不变化时,扬程和效率最大,贴近导叶工作面的高压区最大,此时叶轮流道区域流线更加平顺;当次级叶轮旋转1/2叶轮叶片夹角,次级空间导叶旋转1/2空间导叶叶片夹角时,扬程和效率最小,贴近导叶工作面的高压区最小,此时导叶背面存在二次涡流区域,叶轮进出口以及导叶进口的压力脉动幅值明显减小,而导叶出口处的压力脉动幅值明显增大。

矿井抢排水技术在甘霖煤矿的应用

针对甘霖煤矿突水后情况,对制定的矿井抢排水方案进行对比分析,充分利用矿井储备设备物资,结合现有条件,成功应用了潜水电泵加多级离心泵的矿井抢排水技术,缩短了抢排水周期,比计划时间提前恢复了矿井生产。