液环泵叶片形状对叶轮进口回流及其外特性的影响

为减小液环泵叶片进口回流及冲击,基于非稳态气液两相流数值模拟方法,分别从叶片进口扭曲设计及叶片型线2个方面分析叶片形状对液环泵进口回流结构及其外特性的影响规律.研究结果表明:液环泵进口扭曲叶片设计能够有效抑制进口冲击引起的脱流,但叶片进口扭曲引起叶轮流道位置相对后移,吸气口始端叶轮流道内气液界面运动引起的相对体积扩充率降低,叶轮进口回流现象加剧;由于流道周向不对称,吸气区叶轮流道在进口产生真空的能力各不相同,由气液分界面运动引起的相对体积扩充率能够清楚地解释叶轮进口压力分布特性及回流结构;在叶片进口扭曲的基础上,控制叶片非吸入侧前弯能够有效提升吸气口始端流道的相对体积扩充率,θ=6°的进口扭曲叶型非吸入侧前弯设计叶片使得液环泵进口回流强度得到进一步的抑制,泵效率从15.46%提升至16.20%;叶型包角对进口真空度及进口回流强度的影响显著大于叶片出口安放角,增大叶型包角能够使吸气口始端叶轮流道沿旋转方向前移,增大流道内相对体积扩充率,降低回流强度,进而提高液环泵的真空度以及效率.

基于流固耦合的液环泵转子动力学特性分析

为了分析液环泵内非稳态气液两相流引起的转子结构响应特性,基于数值模拟与试验测试相结合的方法,对液环泵转子部件进行流固耦合应力应变分析,分析了叶轮不同叶片的应力及变形量分布特征、旋转角引起的非稳态特性、转子部件的模态特性。结果表明:当叶片尖部与壳体内壁距离最小时,其最大等效应力为最大值,随着旋转角的增大,叶片的最大等效应力先减小后增大,叶片的最大变形量随着转角与最大等效应力的变化趋势完全一致,当α=0°,Qm=0.05 kg/s时,叶片最大变形量与最大等效应力分别为1.381 mm、180.96 MPa;叶轮沿圆周方向18枚叶片上的最大应力分布各不相同,且随着叶轮旋转角的逐渐增大,叶片的最大变形量整体上先减小后增大;叶片上的变形量分布沿径向由轮毂到叶尖近似呈线性逐渐增大,应力沿径向方向先急剧增加后缓慢减少,且在0.1r2位置处达到最大值。研究结果可为液环泵的优化设计提供参考。

双吸式液环泵内流场及壳体压力脉动分析

为分析大流量液环泵内流场与外特性,文章对双吸式液环泵内部流动进行数值模拟,对轴向不同位置的内流场和壳体压力脉动特性进行研究。结果表明:轮毂直径的变化主要影响气相的分布,过渡区气相面积随着轮毂直径的减小逐渐增加。叶轮流道内速度流线曲率变化剧烈,吸排气口附近流速较高,二次流旋涡主要集中在压缩区和过渡区,在轴向上中间截面过渡区内旋涡更加明显。壳体内壁压力脉动幅值在圆周角50°和300°附近出现极大值,压力脉动幅值极差随着轮毂直径的减小而降低,各特征截面压力脉动幅值极差分别为4.9 kPa、4.8 kPa、4.7 kPa。轴向不同位置相同角度处压力系数的主频特征基本相同,压缩区壳体内壁压力脉动一阶主频为轴频,其他区域的主频为叶频。从吸气区至排气区,叶频对应的压力脉动幅值逐渐减小,在压缩区达到最小值后呈增加趋势。

喷射泵替代液环泵在某精细化工生产装置滤液回收单元中的应用效果评估

研究了某精细化工生产装置滤液回收单元真空系统中引入喷射泵替代液环真空泵的效果。通过考察喷射泵在使用过程中的真空度、排气量、废液产生量和系统稳定性,得出以下结论:冷凝器的换热效率越高,能够缩短喷射泵真空系统达到极限真空度所需时间;喷射泵真空度的调控可通过工作液循环泵的泵流量在一定范围内调节;同等工况下,喷射泵的抽气效率约是液环真空泵的3倍;对工作液进行低温冷却,喷射泵的抽气速率约是液环真空泵的2.3倍。引入喷射泵替代液环泵真空泵可以提升真空系统的稳定性、减少维修和对环境的影响。

液环泵叶轮叶片数对内流场及其性能的影响分析

为研究叶片数对液环泵内流场及其性能的影响,基于非稳态数值模拟方法,对液环泵在不同的叶轮叶片数设计下的内部气液两相流动进行数值模拟分析。分析结果表明:液环泵的进口真空度及效率均随叶片数增多呈先增大后降低的趋势,叶片数为20时液环泵的性能达到最优。随着叶片数增多,叶片对介质的控制能力增强,液环泵内气液分界面更加平滑,但叶片数过多会导致流道堵塞严重,泵的吸气性能下降。随着叶片数增多,吸气区叶轮外缘流出液体的动能逐渐增大,液体对气体的做功能力逐渐增强。由于叶轮偏心安装于泵壳内,叶轮各流道内液相体积分数各不相同,叶轮出口流动沿周向呈非对称分布,泵壳体内壁压力脉动幅值沿圆周方向呈3种不同的频域幅值特征。随着叶片数增多,壳体内壁压力脉动各阶频率分量的幅值明显下降。

液环泵内部气液两相流动及其性能分析

为改善液环泵水力性能,采用VOF气液两相流动模型对液环真空泵内部三维非稳态气液两相流动进行数值模拟。通过数值模拟分析叶轮及泵腔内的流线分布、速度分布、相态分布及压力分布规律,对泵内复杂的二次流进行了分析,对液环真空泵工作过程中泵内气液两相流的自由分界面进行追踪,并分析了泵内气液两相流自由分界面的变化规律及其与泵外特性的关系。对液环泵进行试验研究,模拟结果与试验结果进行对比分析表明,数值方法结果与试验结果基本一致,能够较准确地描述液环泵内气液两相流流动规律,捕捉气液分界面,预估液环泵的水力性能,为液环泵的性能优化研究提供了依据。

基于本征正交分解法的液环泵气液两相流场重构

针对液环泵内复杂的气液两相流动、计算量大且优化设计难以进行的问题,提出了采用本征正交分解法进行液环泵内流场的重构分析。采用泰勒多项式对二维叶片型线进行参数化控制,通过对各控制参数进行适量的扰动得到叶片型线样本集。采用VOF模型进行液环泵内气液两相流场的数值模拟,由叶片型线参数及叶轮内流场数据构建样本的快照集,依照几何相似及网格变形方法插值得到各相似点的流场参数,依据本征正交分解(POD)法将快照集分解为正交基的线性组合。由最小二乘法拟合目标叶型所对应的正交基系数,实现了对目标叶片流场的重构。采用POD方法对2BE-203型液环泵内单个叶轮流道的气液两相流流场进行了重构,精确地重构了单个叶轮内流场结构的各个特征,除在气液交界面附近有一定的误差,整体预测结果具有较高的精度,大大减少了流场预估的计算量。

径向间隙及叶片型线对液环泵性能影响的分析

采用欧拉气液两相流动模型对液环真空泵内部三维非稳态气液两相流动进行数值模拟,通过数值模拟研究叶轮与壳体间的径向间隙及叶片型线对液环泵性能的影响,分析了液环泵内液相能量转换的规律,分析了前弯、后弯及直叶片不同叶片型线液环泵性能曲线,分析了叶轮径向间隙对液环泵性能的影响。数值模拟结果表明后弯叶片、径向直叶片和前弯叶片下液环泵的极限真空度和最大流量依次递增;随着叶轮径向间隙的减小,液环泵的极限真空度和最大流量逐渐增大。为液环泵的性能优化研究提供了理论依据。

基于Pro/toolkit的液环泵喷射器流道的参数化建模

液环泵喷射器设计涉及较多的结构参数选取,用CFD计算对其性能优化时需要反复调整这些结构参数进行三维几何建模。通过喷射器几何建模的参数化设计,可避免繁琐的重复建模,提高三维流道几何模型的建模效率,缩短设计周期。本文采用Pro/toolkit二次开发技术对喷射器流道模型进行参数化设计,研究了Pro/toolkit的菜单设计、UI对话框和MFC对话框设计技术。以VC++6.0为编译和连接工具开发了喷射器的参数化设计程序,大大提高了建模效率。

基于直接自由曲面变形技术的液环泵壳体优化

对液环泵壳体型线进行优化分析,提出了基于直接自由曲面变形(DFFD)方法的液环泵壳体型线的响应面优化方法.采用DFFD方法对液环泵壳体型线进行精确的参数化控制,在控制变量空间进行了试验设计,采用VOF模型对液环泵内的气液两相流动进行数值模拟,对液环泵壳体型线进行响应面优化分析,建立了液环泵壳体型线与其进口真空度及效率之间的响应关系,实现了对液环泵进口真空度及效率的优化.算例优化结果表明:壳体型线对液环泵水力性能有较大的影响,在一定范围内可实现泵效率及进口真空度的提高;具有较大吸气区面积扩散比的壳体型线所对应的液环泵具有较高的进口真空度,而泵的效率随该面积比的变化规律正好相反;在试验设计变量空间,泵的效率随其进口真空度的增大近似呈线性下降趋势.

液环泵工作状态监测系统的研究

液环泵广泛应用于电力、石油、化工、冶金、消防等领域,其运行状态直接影响到整个机组的工作和安全性能,一旦发生故障,将造成重大经济损失甚至严重事故。根据液环泵安全可靠运行的需求,本文研究开发了一套液环泵工作在线监测及分析系统,能够实现对液环泵的温度、压力、流量、轴功率、转速、振动等性能参数的采集、处理、显示、存储、异常判断和故障报警,及时发现潜在的故障及其原因。通过液环泵的实验测试,验证了该监测系统的有效性及实用性。

液环泵的计算机优化设计

本文通过液环泵有关结构参数对液环形状和排出压力影响的计算机分析,提出了液环泵优化设计的方法,并展示了系统框图和优化设计的结果。

液环泵泵轴断裂原因分析

某装置液环泵泵轴发生断裂,通过宏观检验、硬度测试、化学成分分析、金相检验、断口分析、能谱分析等对泵轴断裂的原因进行了分析。结果表明:腐蚀和疲劳应力共同作用下造成断裂。

液环泵轴向叶顶间隙泄漏流动的等离子体控制数值研究

针对液环泵叶轮轴向叶顶间隙泄漏问题,提出采用介质阻挡放电等离子体激励对液环泵轴向间隙气相泄漏流动进行控制,耦合唯象学模型、RNG k-ε湍流模型及VOF气液两相流模型模拟不同激励电压下等离子体对泄漏流场的干扰作用,探究等离子体激励对间隙泄漏流场的调控机理。结果表明,等离子体激励诱导的壁面射流方向与间隙泄漏流动方向相反,诱导的反向壁面射流能够有效地抑制泄漏流强度,并在一定程度上改善间隙泄漏流引起的二次流动,降低间隙泄漏流动损失;同时在等离子体激励的非间隙区域,等离子体激励诱导产生旋涡结构,使得近壁区域产生额外的水力损失。激励电压及位置对泄漏流控制效果有重要的影响,15 kV激励电压的等离子体流动控制效果明显优于10 kV激励电压,当激励位置位于叶顶间隙出口附近时等离子体激励对泄漏流具有较好的抑制效果。研究结果能够为液环泵的性能优化提供理论参考。

液环泵复合叶轮内流场及外特性分析

为分析复合叶轮液环泵的内流场及外特性,以2BEA203型液环泵为基础,综合考虑液环泵叶轮及复合叶轮设计原理,设计了液环泵复合叶轮,并采用数值模拟与试验测试相结合的方法对原型叶轮液环泵和复合叶轮液环泵内瞬态流场进行对比分析。结果表明:相对于原型叶轮液环泵,复合叶轮液环泵内气液分界面更加光滑,排气区及压缩区壳体处压力分布均有所降低,叶轮流道内二次流旋涡强度减弱。2BEA203型液环泵复合叶轮在0.02、0.035和0.05kg/s流量工况下的效率分别提升了2.7、3.8和4.3个百分点,各工况下的真空度也略有提高。由于流动的非对称特性,复合叶轮和原型叶轮液环泵壳体内压力脉动沿周向均呈现出明显的分区特性。液环泵壳体从吸气区开始沿圆周方向的压力脉动幅值先变小,在压缩区达到最小而后再变大;复合叶轮液环泵壳体绝大部分监测点处压力脉动幅值小于原型叶轮;液环泵壳体各分区的压力脉动呈现不同的主频特征。

液环泵若干参数确定方法的探讨

应用流体力学的原理推导出液环泵若干参数确定的方法,建立了数学模型,同时以现行的产品参数对模型作了校核。

运用两种网格模拟计算液环泵喷射器流场的对比研究

本文以P360型液环泵喷射器作为研究对象,分别采用结构和非结构计算网格,应用RNG k-ε湍流模型对喷射器的超音速混合气体流场进行了数值模拟。计算得到了两种网格条件下喷射器内的压力、马赫数及温度等参数的分布规律。通过与实测结果对比表明,采用结构网格计算得到的液环泵喷射器性能与实测结果较为吻合,也能较好地捕捉到喷射器内激波膨胀波交替循环的流场结构。

液环泵作真空泵与压缩机工况下的内流场及外特性分析

采用数值模拟和实验相结合的方法,对2BE型液环泵在真空泵与压缩机工况下的内流场及外特性进行对比分析.结果表明:相同的进出口压比时,压缩机体积流量小于真空泵体积流量,体积流量比和效率比均随着压比的增大而逐渐下降;真空泵和压缩机工况下内部的相态场、速度场和压力场分布规律基本一致;压缩机工况下的排气区和过渡区叶轮内旋涡二次流明显要强于真空泵工况下的,相同压比变化时压缩机工况下排气区内壁压力显著增大;液环泵壳体内壁压力的频域特性沿圆周方向存在明显的分区特征;真空泵工况下的各阶主频特性与压缩机工况下的完全一致;在各压比下,压缩机工况的泵壳体内壁压力脉动幅值整体大于真空泵工况的,随着压比的增大,压缩机工况下的排气区和过渡区壳体内壁压力脉动幅值明显增大.

二级液环泵吸、排气口影响分析

针对二级液环泵吸气孔的形状对液环泵内工作介质的流动轨迹、湍流程度,对液环泵的能量耗费大等特点,应用Solidworks flow simulation软件对液环泵吸排气口的形状对泵性能的影响进行有限元分析,为今后二级液环泵的应用提供理论依据。

19万吨/年醋酸乙烯装置液环泵运行不稳定原因分析及解决措施

阐述了精馏液环泵运行现状,分析了导致运行不稳定的主要原因。针对运行不稳定的各个原因采取相应措施后,提高了液环泵运行稳定性,增加了乙炔回收率,为装置降本增效做出了贡献。