离心泵径向导叶正叶片参数的优化设计

针对工业生产中常见的节段式多级泵径向导叶和叶轮匹配程度较低的问题,该文借鉴面积比原理,利用数学关系给出了径向导叶正叶片参数确定的新方法。基于FLUENT软件,采用标准k-ε模型、SIMPLEC算法对径向导叶式离心泵单级叶轮与导叶进行了数值验证。结果表明:导叶喉部面积对离心泵性能影响重大,Anderson的面积比系数对导叶式离心泵偏大;正导叶参数的优化设计能提高离心泵的效率,该文设计的最优模型相比传统方法设计的模型,设计工况下扬程提高2.3m,效率提高1.6%,优化设计有效。该研究可为节段式多级泵的水力优化提供参考。

两级离心泵径向导叶水力优化

为提高已有两级离心泵中径向导叶的水力性能,按照正交试验要求,选取径向导叶的喉部面积、扩散角、反导叶数、反导叶高度4个因素,每个因素取3个水平,设计9个导叶.基于ANSYS CFX软件,选取k-ε湍流模型,并结合全隐式耦合算法对装配具有不同几何参数径向导叶的两级泵全流场进行数值计算,获得了9组设计方案在额定工况下的扬程、效率.以泵的扬程和效率作为试验指标,利用极差分析法分析了所选几何参数对于两级泵扬程、效率的影响规律,以及影响径向导叶性能的主要因素和次要因素,提出了性能较优的径向导叶方案.径向导叶喉部面积对两级泵的扬程、效率影响较大.经数值计算可得,较优方案的额定工况下的扬程为211.70 m,效率为47.63%,较之优化前的径向导叶,扬程提高了1.24 m,效率提高了4.00%,取得了较好的优化效果.

多级离心泵径向导叶内压力的脉动特性

为研究多级离心泵各级导叶流道进口处压力脉动的变化规律,采用SST k-ω湍流模型对1个五级离心泵设计工况下的内部非定常流动进行整机数值模拟,监测各级径向导叶单流道进口同一圆周上3点的压力脉动,并对其进行时域和频域分析,同时比较各监测点的压力波动幅值。结果表明:在设计工况下,叶片通过频率是主要影响频率,p1和p2位置压力脉动的最大波动幅度出现在1倍叶频处;在同一位置的压力波动,首级导叶内的波动最为剧烈,且在p11位置压力波动幅值达到8.25%,第2,3,4和5级导叶内压力波动基本同步,压力波动幅度随泵级数的增加逐渐降低。

径向导叶内流动分离特性的试验研究和控制

采用接触式探针和粒子图象测速技术(PIV)对导叶式离心泵径向导叶内流场的流动特性进行了研究。基于圆柱形微型三孔探针测试结果对5种流量下导叶的压力恢复能力进行了评估,测孔位置覆盖了导叶进出口截面和主线截面。压力恢复系数的理论值和试验值表明当流量大于导叶设计流量时导叶内产生了较大的静压损失。2C/2DPIV可视化试验的研究结果表明大流量下导叶叶片压力面发生了流动分离。设计了不同参数组合的涡流发生器来对流动分离现象进行控制,试验研究了6种方案对模型泵大流量工况下性能的影响,获得一组最佳方案,并分析了采用该方案后导叶内的流动特性。

径向导叶式多级泵单级叶轮切割的三维数值模拟

为探究径向导叶式压出室离心泵叶轮切割后性能的变化,基于N-S方程、标准k-ε湍流模型和SIMPLE算法对MD-280-42×4多级离心清水泵单级叶轮外径切割进行三维湍流数值计算,分析不同切割量下径向导叶式离心泵外特性和内部流动变化。结果表明:在设计工况(Qd=0.078 m3/s)下,随着切割量的增加,径向导叶式离心泵的水力效率、轴功率均呈现下降趋势;在相同小流量工况下,随着切割量的增加,叶轮与导叶间隙和反导叶流道处流动损失逐渐减小,水力效率呈现上升趋势;在相同大流量工况下,随着切割量的增加,正反导叶流道流动均匀性受到较严重破坏,产生了较大的能量耗散,水力效率明显下降。

径向导叶与流道式导叶性能分析与试验

以某一参数的阶段式多级泵的导叶为研究对象进行研究。通过数值模拟与试验验证相结合的研究方法,改传统的径向导叶为流道式导叶。以FLUENT为计算平台,基于Navier-Stokes方程和标准k-e湍流模型,采用SIMPLEC算法对比分析叶轮加原始径向导叶方案及叶轮加新设计的流道式导叶方案,数值模拟发现流道式导叶内部流场明显优于径向导叶内部流场。经过试验验证流道式导叶方案效率明显优于径向导叶方案,说明流道式导叶在水力性能方面比径向导叶更加出色。

径向导叶出口型式对洒水车泵压力脉动的影响

为了研究径向导叶出口型式对自吸式洒水车离心泵外特性、压力脉动及径向力的影响,基于Shear Stress Transport湍流模型和SIMPLE算法,对3种不同径向导叶出口型式的自吸式洒水车泵进行了非定常数值计算,监测径向导叶出口处的压力脉动和蜗壳的径向力,并对压力脉动进行时域分析,同时比较监测点的压力脉动幅值和蜗壳壁面受到的径向力大小.计算结果表明:增大径向导叶出口面积,可以改善径向导叶出口处流态,从而提高离心泵的效率;在同一工况下,增大径向导叶出口面积,可以降低径向导叶出口处压力脉动幅值,减轻径向导叶和第二级叶轮动静干涉的危害,并且减小蜗壳径向力;同一径向导叶出口型式洒水车离心泵模型,在流量较小时,在一个旋转周期内蜗壳壁面所受到的径向力平均值较大.

3DG 锅炉给水泵径向导叶的无驼峰设计与分析

为设计某型号3DG锅炉给水泵的径向导叶,并研究径向导叶的进口冲角对扬程、效率等性能参数的影响,基于CFD技术对进口冲角分别取0°、2°、4°、5°、6°等不同角度时的流动机理和性能曲线进行了分析和研究,并对最优方案进行试验验证。结果表明:在径向导叶的进口冲角为5°时,流量-扬程性能曲线没有驼峰,由此可知通过改变径向导叶的进口冲角可以得出无驼峰的流量-扬程曲线。研究结果对锅炉给水泵及其他使用径向导叶的多级泵的设计和优化具有一定的参考和指导意义。

节段式多级泵径向导叶水力优化研究

为了研究径向导叶的水力结构对泵水力性能的影响,基于RNGκ-ε湍流模型,对径向导叶采用两种不同水力设计的节段式多级泵进行全流场数值分析和试验研究。结果表明:减少正导叶的叶片数,减小流道的扩散度,并且适当增加叶轮与导叶之间的径向间隙,能够明显地改善导叶内流场结构,减少导叶内的水力损失和降低泵的轴功率,使泵的效率明显提升。

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。

径向导叶与空间导叶的优劣分析与试验

对某一参数的节段式多级泵导叶进行研究。通过数值模拟对比分析传统的径向导叶(正、反导叶)与空间导叶对泵性能的影响并进行试验验证。以通用CFD软件NUMECA为计算平台,分别对叶轮加径向导叶及空间导叶流场进行分析,发现空间导叶在大流量区容易获得较好性能,但在小流量区损失较大,扬程曲线容易出现驼峰。在小流量区径向导叶性能要优于空间导叶。

混流泵径向正导叶的水力设计

本文按照指定的结构型式为工厂现有的混流泵叶轮配制径向正导叶,以导叶的水力设计过程说明利用设计软件进行导叶水力设计的方法。利用软件设计时可以给定来流冲角,调整叶片角分布,精确控制载荷分布,在最大程度上降低了导叶水力损失。CFD流动计算分析结果表明整台泵水力性能可以满足使用要求。

径向导叶对高速离心泵非定常流动影响的分析

应用计算流体力学技术对带导叶与不带导叶高速离心泵的内部流场进行定常及非定常数值模拟,从而预测出带导叶与不带导叶两种方案下的外特性曲线走势情况。同时得到了流体流经关键位置时在不同工况下的压力脉动情况,并对相应的时域图及频域图进行了对比分析。结果表明,带有导叶的高速离心泵相比于无导叶离心泵扬程较高,扬程曲线更加平缓,同时在大流量工况下,高速离心泵效率更高也更稳定。从时域图分析,不同工况下两种方案中的高速离心泵压力脉动存在明显的周期性,其中带有导叶的高速离心泵在大流量工况下压力脉动幅值相对较小,不带导叶的高速离心泵在小流量下压力脉动幅值相对较小;从频域图分析看,两种方案中的高速泵都是在一倍叶频处存在较大峰值,即动静干涉作用是引起压力脉动的主要因素,同时通过对比,在不同工况下带有导叶的高速离心泵在二倍叶频处峰值较小,说明添加径向导叶对缓解动静干涉起到一定作用。通过比较不同方案下监测点压力脉动平均值及峰值曲线图,说明在高速泵中加装径向导叶可以有效地发挥扩压作用,降低液流速度,充分将速度能转化为压能。结合上述结论,可以得出带导叶高速离心泵适合在大流量高工况下运行,如消防灭火,石油化工,航空航天等领域。

基于遗传算法-反向传播神经网络的径向式导叶多级泵水力性能优化

针对径向式导叶多级泵内部流动状态复杂多变而导致其水力性能曲线难以精确测量的技术难题,采用遗传算法(genetic algorithm,GA)迭代优化反向传播(back propagation,BP)神经网络的权值与阈值,构建了基于GA-BP神经网络的径向式导叶多级泵水力性能预测模型,以MD500-57型径向式导叶多级泵为研究对象,建立了输入层为13个神经元、隐含层为10个神经元、输出层为2个神经元的GA-BP神经网络,采用正交试验方法设计了试验参数的正交试验方案,运用数值模拟计算方法对正交试验方案进行求解,获得了试验参数的训练样本,并对神经网络进行训练与测试,计算了过流部件关键几何参数的最优组合方案。试验结果表明:优化后该多级泵在设计工况下扬程增加了2.4 m,效率提高了3.34%,且高效区范围变宽。

基于运行稳定性的离心泵导叶安装位置优化试验与分析

为提高导叶式离心泵的运行稳定性,探寻径向导叶相对隔舌的最佳安装位置,该文通过数值模拟确定了某型号单级单吸导叶式离心泵的3种典型导叶安装位置,并通过试验对3种安装位置下的外特性、压力脉动和振动特性进行了测试。对比分析了外特性曲线、压力脉动幅值和频域特性、振动幅值和频域特性。研究结果表明,蜗壳隔舌处于导叶出口流道中间位置时,离心泵水力性能最好,效率相对于其他2个位置最多提高2个百分点;测点在3个方向上的振动加速度幅值均处于较低水平,但是会增大蜗壳扩散段在大流量时的压力脉动幅值,最多高出2.25 k Pa。由于径向导叶的存在,2倍轴频和3倍轴频是压力脉动的主要激励频率;2倍轴频与6倍轴频是振动加速度的主要激励频率。蜗壳扩散段压力脉动幅值随着流量增加先减小后增大,在0.6倍工况达到最低值。导叶安装位置对压力脉动频域分布规律和振动加速度频谱特性的影响较小,相同工况下,测点的压力脉动频域分布规律和振动加速度频谱特性基本相同。因此,该研究为径向导叶的合理布置提供了参考。

不同前导叶时序位置下离心泵内压力脉动特性研究

【目的】寻找前置导叶的最佳时序位置,提高离心泵的综合性能。【方法】以某低比转速单级离心泵为研究对象,采用RNGk-ε湍流模型,对设计工况下前置导叶相对径向导叶在4种不同时序(前置导叶相对周向旋转0°、15°、30°、45°)位置下离心泵内部流动进行了三维黏性非定常数值模拟。【结果】随着前置导叶时序位置的增大,时均扬程和时均效率均呈周期性波动,当时均扬程处于波峰时,时均效率处于波谷,当时均效率处于波峰时,时均扬程处于波谷,最大时均扬程比最小时均扬程高1%,最大时均效率比最小时均效率高1.43%;随着前置导叶时序位置的改变,离心泵的必需汽蚀余量先增大后减小,最大必需汽蚀余量比最小必需汽蚀余量高6%,前置导叶相对周向旋转45°时,必需汽蚀余量最小,空化性能最好;叶轮和径向导叶压力脉动的主频和幅值直接受时序效应的影响。【结论】前置导叶的时序位置对离心泵的外特性、空化特性、振动特性等都有影响,综合比较分析4种时序位置下离心泵的性能差异,以前置导叶相对周向旋转45°时离心泵的水力性能最好。

颗粒浓度对动静叶栅内非定常流动的影响

采用大涡模拟与Mixture多相流模型相结合的数值模拟方法,运用滑移网格技术,对带有径向导叶的离心泵三维全流场进行耦合计算.对比分析在设计工况下不同颗粒浓度时泵动静叶栅内涡量、压力脉动以及泵流道内涡结构演化过程的区别及联系.结果表明:当动叶逐渐旋转靠近静叶,流道内介质原有的流动情况被改变,且随着颗粒浓度的增大动静干涉所引起的流动结构的改变变得愈发明显;动静叶栅内脉动周期从时域特征上看,与动叶栅的叶片数相同,与介质无关.介质性质的改变只改变压力脉动的程度,在动静叶栅的交界面处,随着颗粒浓度的增大,动静干涉对流动的扰动作用越明显,压力脉动幅度也随之增大;在静叶栅流道内,动叶栅旋转所产生的惯性力逐渐减小,而介质黏性逐渐增大,使得压力脉动情况则变为颗粒浓度为10%时最大,清水次之,颗粒浓度为20%时最小.

颗粒对离心泵内部压力脉动特性的影响

为了研究离心泵动静叶栅内固液两相流非定常流动所引起的压力脉动特性情况,采用大涡模拟与Mixture多相流模型相结合的数值模拟方法,运用滑移网格技术,对带有径向导叶的离心泵三维全流场进行了耦合计算.研究结果发现,对于清水相或固液两相,各监测点的压力系数均随着流量的增加而逐渐减小;脉动也随着流量的增加而逐渐趋于规律化.在动静叶栅交界面处,小流量工况下颗粒的存在增强了此处的高频压力脉动,而大流量工况下颗粒的存在削弱了此处的高频压力脉动;在导叶流道内,小流量工况下颗粒的存在削弱了此处的高频压力脉动,而大流量工况下颗粒的存在增强了此处的高频压力脉动;在蜗壳流道内,除了隔舌位置处,颗粒的存在已经不影响这一区域的压力脉动;在蜗舌位置处,颗粒的存在增强了蜗舌处的高频压力脉动.在动静叶栅交界面处,1.4Q时颗粒存在对压力脉动幅值影响最小,0.2Q时影响最大;在导叶流道内,1.4Q时颗粒存在对压力脉动幅值的影响最小,0.6Q时影响最大;在蜗壳流道内,1.0Q时颗粒存在对压力脉动幅值的影响最小,0.2Q时影响最大;在蜗壳蜗舌处,1.0Q时颗粒存在对压力脉动幅值的影响最小,0.2Q时影响最大.

多级离心泵叶轮与导叶水力性能优化研究

为提高多级离心泵的水力效率,借助于FLUENT软件,对多级泵叶轮和径向导叶不同组合、不同工况下的内外水力性能进行了研究.结果表明:叶片进口边扭曲度高的叶轮具有较高的效率;泵的效率和扬程随导叶和叶轮配合间隙的增大而降低;在变流量工作时,叶轮与导叶水力性能的最优匹配关系可能随流量的变化而发生改变;转速对叶轮和导叶匹配性能影响极小.叶轮和导叶内部流场分析表明:叶轮和导叶内部的涡流是降低泵水力效率的主要因素,提出适当增加叶片进口扭曲度、减小叶轮和导叶间隙,从而减弱内部旋涡是多级离心泵水力性能优化的方向之一.由试验结果可见:多级泵外特性的模拟结果与试验结果误差在10%以内.

多级离心泵内部固液两相流动及磨损特性

为深入了解多级离心泵叶轮和导叶内部固液两相流动状态,基于ANSYS CFX软件,结合双流体模型,计算了额定工况下,固相体积分数分别为0%和20%、固液两相密度比为1.468时,两级离心泵内部三维非稳态固液两相流动.结果表明:固相的加入会降低多级泵的出口压力,固相的存在对于液相流场具有一定影响;流场中固体颗粒的分布与其所在流场区域有相应关系,在叶轮中,叶片进口处压力面与吸力面均有较高固相体积分数,叶片出口处吸力面固相体积分数高于压力面;在导叶中,正导叶进出口固相体积分数较高,正导叶正面固相的运动速度和体积分数均明显高于背面;叶轮进出口和导叶进口局部磨损较为明显.研究固体颗粒的运动规律对于固液两相流泵的设计具有一定参考价值.