设平衡孔时气液混输泵内部流动及轴向力分析

本文采用两相混合模型进行数值模拟计算,探究了不同进口含气率条件下,设置平衡孔对气液混输泵外特性、内部流动及轴向力的影响。研究发现:各工况条件下,设置平衡孔后该混输泵的轴向力均明显减小;从平衡系统回流的高压流体对转轮内部流动状态产生扰动,同时能破坏和夹带转轮流道内聚集的气泡;综合考虑对混输泵的性能和轴向力的影响,在较低进口含气率时采用平衡孔方法平衡混输泵轴向力的方法是可行的;平衡系统进出口压力系数随比面积系数增大而非线性减小,平衡孔的直径过大会导致混输泵的容积损失问题,因此平衡孔直径设计存在最佳值;对比发现平衡孔设在转轮叶片吸力面时转轮的轴向力幅值和脉动相对较小。研究结论可为后期多级气液混输泵平衡孔平衡轴向力系统的设计和优化提供思路和借鉴。

平衡孔特征参数对离心泵后泵腔压力及轴向力的影响

为研究平衡孔特征参数对离心泵轴向力的影响,将IS80-65-160单级单吸离心泵作为研究对象,在设计工况下运用ANSYS CFX软件对具有不同平衡孔直径、数量和位置等特征参数的27种离心泵模型的外特性、内流场进行数值计算,获取离心泵后泵腔压力、泄漏量及轴向力随平衡孔特征参数改变的变化规律;同时引入能综合体现平衡孔直径、个数、位置的面积比系数t来探究平衡轴向力效果。结果表明:在设计工况下,当平衡孔数量等于叶片数时平衡的轴向力最多,可平衡近53.82%;随着平衡孔直径的增加,轴向力呈先减小后趋于平缓的变化规律;后泵腔同一位置处的压力随平衡孔直径的增大而减小,但距离轴中心越远,压力的分布越趋向一致,且分布一致的起始位置约在平衡孔位置半径处;离心泵泵腔中被平衡的轴向力随面积比系数t的增大而近似呈抛物线变化规律,当t趋近于16.5%时,平衡轴向力效果最好,可平衡约50%的轴向力。

核电厂平衡孔板流量测量技术研究

核电厂重要流量参数测量一般采用标准孔板配合压力变送器的方式。在实际运行中由于管道布置及介质运行特性差异,在部分工况下存在流量测量偏差及波动的问题。为有效解决此问题,在国内核电项目中引入基于平衡孔板的流量测量解决方案。通过改进案例的实施,对核电厂使用平衡孔板进行流量测量的场景、工况等进行了探索,同时对平衡孔板的设计方法进行了深入研究。可进一步形成通用化、规范化的设计标准,为核电厂在复杂工况下的流量测量提供参考。

离心泵叶轮平衡孔液体泄漏量特性试验

在3BA-6型单级单吸离心泵上,通过更换不同直径平衡孔叶轮的试验,测量了叶轮后密封出口压力、泵进口压力,得出了平衡腔内液体压力、泵进口压力与泵扬程的试验曲线。据此计算得到了平衡孔液体泄漏量特性曲线。在设计工况下,比较分析了当平衡孔直径不同时平衡孔液体泄漏量理论曲线与试验曲线。实测泵轴向力曲线表明依据平衡孔泄漏量特性曲线计算得到的轴向力曲线,可以满足工程计算需要。

离心泵平衡孔位置对轴向力及外特性的影响

以离心泵平衡孔平衡轴向力的方法为研究对象,利用计算机CFD技术和试验研究相结合的方法,对平衡孔径向位置与平衡轴向力的效果和泵的外特性的关系进行了深入研究。研究表明,平衡孔位置对轴向力和外特性影响有一定的规律,对平衡室内压力影响显著;随着平衡孔位置径向半径增大,平衡室内整体压力增大,轴向力也越大;径向半径越小,平衡轴向力的效果较好,但泄露量大,扬程和效率略有降低。

冲动式汽轮机级平衡孔面积对级性能影响的研究

针对某600 MW机组高压缸冲动式级的模拟透平级在隔板汽封一定的条件下,通过改变平衡孔的孔径及总面积,对模拟透平级进行数值计算分析,研究平衡孔面积的变化对透平级效率和气动性能的影响,并与试验结果进行了分析比较.结果表明:叶轮上开平衡孔有利于改善级间根部流动,提高了透平级效率;与无平衡孔透平级相比,随着平衡孔面积的增大,级效率逐渐提高;但面积增大至一定值后,级效率变化不明显;在叶轮结构和强度许可的条件下,设计时平衡孔面积可尽量取大一些,以保证设计工况时级间根部保持不吸不漏或少量漏气状态;平衡孔面积较大,也有利于减小隔板漏气量增加对级效率的影响作用;对于反动度较小的冲动级,要获得最佳级间漏气工况(相对漏气量约-1%)是不太可能的.

离心泵平衡孔液体泄漏量试验与分析

针对离心泵上叶轮平衡孔的实际液体泄漏量难以测量的问题,设计了通过调节平衡腔液体压力来测量平衡孔液体泄漏量的试验装置,在平衡孔直径4、6、8、11 mm条件下对泵性能、平衡孔液体泄漏量和平衡腔液体压力进行了测试及分析,获得了不同直径平衡孔下泵的性能曲线、平衡孔泄漏量系数和轴向力系数与比面积的关系曲线。试验结果表明:加大叶轮平衡孔直径会使泵的扬程降低、输入功率增大和效率降低;平衡孔液体泄漏量系数与比面积关系曲线有明显的规律性,其随着比面积增大而减小,且扬程系数对其有较大的影响;轴向力系数曲线是非线性曲线,在比面积小于2.5时,轴向力系数随比面积增大而急剧减小;比面积大于等于2.5小于等于4.5时,轴向力系数曲线趋于平坦,其均值为0.112;比面积大于4.5时,轴向力系数曲线几乎与横坐标平行,其均值为0.067。该研究为较精确计算平衡孔液体泄漏量与平衡腔区域的轴向力提供了参考。

径向回流平衡孔低比转数离心泵空化性能研究

选用ns=26的低比转数离心泵为计算模型,保证蜗壳和叶轮其他几何参数不变的前提下,平衡孔中的液体分别采用径向回流、传统轴向回流以及无平衡孔结构这3种方案,基于混合流体的连续性方程、动量方程、标准k-ε湍流模型、均质多相模型和Rayleigh-Plesset方程对叶轮内的空化进行数值模拟。计算得到的H-LNPSHa曲线与试验结果吻合较好,验证了计算方法的准确性。研究结果表明:具有径向回流平衡孔的低比转数离心泵平衡孔回流方向与叶轮来流方向基本一致,能够明显改善该泵的空化性能。

叶轮平衡孔直径对离心泵水力性能的影响

开平衡孔双密封环叶轮具有能平衡大部分轴向力的特性,至今仍广泛应用于离心泵中.在降速后的IS80-50-315型离心泵上,用平衡孔直径为0、6、8、10mm的同一个叶轮,对泵的性能、前后泵腔和平衡腔的液体压力进行了系统测试.试验结果表明,加大叶轮平衡孔直径,会使泵的扬程降低,输入功率增大,效率降低;前后泵腔液体压力在相同半径处随着叶轮平衡孔直径的增大而减少,且后泵腔液体压力平均值较前泵腔液体压力高;在后密封环径向间隙不变时,随着叶轮平衡孔直径的增大,平衡腔液体压力无因次曲线变得平坦,从控制平衡腔液体压力及轴向力角度,后密封环径向间隙断面面积与叶轮平衡孔总面积存在最佳比值.

平衡孔直径对离心泵性能及平衡腔压力的影响

在离心泵性能数值模拟结果与试验测试结果基本吻合的基础上，对泵平衡孔直径在0-12mm 的范围内，进行泵扬程、效率和轴功率预测，研究泵设计工况下，不同平衡孔直径时，平衡腔内液体压力沿轴向、径向和切向分布规律，以及其对盖板力的影响，并绘制出pfk关系曲线。结果表明：同一流量工况时，平衡孔直径增大到一定值后，轴功率明显增大，效率显著降低，但在大于设计流量工况时，扬程与平衡孔直径无关；同一平衡孔直径下，平衡腔压力沿轴向和切向基本保持不变，压力由泵轴至密封环沿径向增大；在平衡腔内小于平衡孔圆心与泵轴中心垂直距离的半径区域，平衡孔直径越小，压力沿径向越趋近于零，而在平衡腔内大于上述半径区域，平衡孔直径越大，压力沿切向越大；比面积 k ≥2.645时，平衡腔区域盖板力基本平衡。

基于平衡孔偏移的离心泵空化性能改善研究

为了改善离心泵的空化性能,提出将平衡孔位置移至靠近叶片背面的方法。采用RNG k-ε湍流模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型,对不同空化数下平衡孔偏移前后的模型空化流场进行了数值计算与分析,结果表明:与原模型泵试验值相比,平衡孔偏移后,扬程、效率均有所下降,扬程降低幅度在4%之内,效率降低幅度在5%以内;在1.2Qe、Qe及0.8Qe流量下,平衡孔偏移后临界空化数均有所降低。平衡孔偏移改变了叶片背面静压低压区的分布,降低了叶片背面低压区流速,同时降低了流道内湍动能,提高了离心泵的空化性能;平衡孔偏移可以有效减小流道内空泡体积分数,改善叶轮流道内的流动条件,减弱空泡对流道的堵塞程度;平衡孔偏移后在一定程度上减小了轴向力,改善了离心泵受力状态。

采用径向回流平衡孔的低比速离心泵压力脉动特性

采用Relizable k~ε模型对具有径向回流平衡孔以及传统轴向回流平衡孔和无平衡孔结构的低比速离心泵进行全流场非定常数值模拟,并进行时域分析和频域分析。研究结果表明：平衡孔采用径向回流方式、传统轴向回流方式以及无平衡孔结构这3种方案时,离心泵的叶轮进口、蜗壳出口以及蜗壳隔舌处的流体均随时间呈周期性波动,脉动频率以叶片通过频率为主;具有径向回流平衡孔的低比速离心泵与其他2种结构形式的低比速离心泵相比,能够有效地改善蜗壳隔舌处的压力脉动情况。

离心泵平衡孔和背叶片对轴向力特性影响

为研究平衡孔和背叶片对低比转数离心泵轴向力特性的影响,选用一台IS80-50-315型离心泵为研究对象,分别对只有平衡孔、只有背叶片及二者皆有、皆无4种方案进行试验与数值分析.结果表明,背叶片对泵水力性能的影响大于平衡孔,且对泵能量损耗起主导作用.在额定工况下,前泵腔内液体压力沿径向具有“阶梯型”变化规律,后泵腔内液体压力近似线性增大,平衡腔内液体压力随流量变化几乎呈直线分布趋势;同一台试验泵中,平衡孔对前泵腔和平衡腔内液体压力影响更大,背叶片对后泵腔内液体压力降低效果更佳.叶轮加背叶片后所受扭矩明显增大,仅有平衡孔时扭矩稍有增加.全流量工况下平衡孔对轴向力的平衡能力优于背叶片;两者共同存在时,平衡轴向力效果最差.

单级单吸离心泵后密封环加大量和平衡孔直径最佳值实验研究

结合实验事实分析了用加大后密封环直径并配以适当平衡孔直径的方法平衡单级单吸离心泵轴向力时,后密封环半径加大量Δr和平衡孔直径α数对(即Δr—α数对)存在最佳值的原因及选择它的条件,同时以实验证实了密封环间隙对轴向力的影响。

用改变平衡孔位置改善单级单吸离心泵轴向力

在参考文献[1]基础上,本文阐述将平衡孔位置外移至叶轮叶片进水边境内后,单级单吸离心泵轴向力变化规律获得改善的实验事实。分析引起这种改变的原因。得出了这种改变对泵的△γ-α数对最佳值必然产生有利影响的结论。

离心泵平衡孔面积对轴向力及外特性影响的研究

以IS100—65—250型离心泵为研究对象。利用CFD数值模拟与试验研究相结合的方法，对离心泵平衡孔进行了深入研究．探讨了平衡孔面积与平衡轴向力的效果、泵的外特性之间的关系。结果表明。在0≤K≤4范围内，轴向力F随K值的增大迅速减小：但在K〉4以后．随着K值的增大，轴向力减小的趋势变得非常缓慢。在密封环正常工作情况下，以轴向力减小85％为标准，对IS100—65—250型离心泵可选取K=6；如果考虑到密封环磨损后轴向力增大的因素，可适当增大K值到7．2，即平衡孔直径选取9～9．5mm。通过模拟得到的轴向力大小与利用公式计算值吻合度好，数值模拟结果与实验研究结果相一致。

平衡孔对汽轮机通流气动性能影响的数值研究

首先对无平衡孔和有平衡孔的通流进行数值模拟,计算表明,有平衡孔的通流效率要低于无平衡孔的通流效率,同时轴向推力也有所降低。在此基础上,数值研究了平衡孔数量和直径对通流气动性能的影响。结果表明:在平衡孔数量固定的情况下,随着平衡孔直径的增加,级效率逐渐降低;在平衡孔直径固定的情况下,随着平衡孔数量的增加,级效率和轴向推力都呈现逐渐降低的趋势。

平衡孔直径对离心泵小流量工况空化特性影响

为研究小流量工况低比转速离心泵的空化特性,以一台降速后的IS80-50-315型离心泵为试验对象,专门设计了更换平衡孔直径的装置,当平衡孔直径等于4、6、8和11mm时分别对0.4Q_d、0.5Q_d、0.6Q_d和0.8Q_d这4个工况进行测试并分析。结果表明,叶轮平衡孔直径增大,泵扬程减小,效率下降。小流量工况下,随空化数的减小,不同平衡孔直径叶轮所受扭矩与泵扬程均出现不同步的陡降,且扭矩有明显的匍匐变化,这主要是由蜗壳和叶轮之间的动静干涉引起的;同一空化数下加大平衡孔直径,扬程系数增加,叶轮轴向力减小,离心泵的抗空化性能增强;同一平衡孔直径下流量越小,离心泵越不易发生空化,但随着离心泵内空化的产生和发展,泵腔内液体压力的下降速率先增大后减小,叶轮轴向力具有先趋于平坦后急剧增加的规律。从抑制空化和减小轴向力的角度,提出平衡孔直径在6~8mm较为合适。

迷宫汽封与平衡孔在透平级中应用的仿真研究

为了进一步认识匹配应用迷宫汽封和平衡孔对透平级气动性能的影响,采用商用软件CFX,数值仿真了某汽轮机高压一级半透平、堵住平衡孔的一级半透平内部的三维流场。通过对计算结果的比较分析发现,转子带凸台的高低齿迷宫式汽封,与转子外径相等、同压比的等齿高直通型迷宫汽封相比,泄漏流动的方向折转以及在汽封腔内形成的旋涡显著增多,因此强化了对泄漏流的阻抗及其动能的耗散,提高了汽封的封严性。对于低反动度透平级,气流对动叶栅的直接冲击是级内轴向力产生的主要原因。叶冠的径向高度远小于叶高,但是叶冠产生的轴向力在级轴向力中占有较大比例。平衡孔需要与前后静叶隔板汽封以及动叶前后轴向间隙汽封匹配设计,设计合理,能够消除泄漏流对主流的干扰,降低透平级的流动损失。

比转速185的离心泵研制及平衡孔对泵性能影响的试验研究

通过对n_s=185水力模型进行优化设计,研制成功CB50-12.5-3型普通离心泵。在泵型式试验基础上,对叶轮去掉平衡孔及背口环进行了对比试验,发现平衡孔装置对泵扬程、效率和汽蚀余量都有较大影响,分析其原因主要是由于平衡孔破坏了叶轮进口区域的流场所致。建议高比转速离心泵可以采用圆锥滚子轴承代替平衡孔来平衡轴向力。