切割叶轮尺寸对单叶片离心泵性能影响

采用实验和CFD模拟计算两种方法对3种尺寸单叶片泵叶轮进行了研究,讨论了单叶片泵的直径变化对其性能参数的影响。实验在水力机械实验室进行,通过CFD计算验证了实验结果,通过CFD对最佳效率点(BEP)附近的水力参数进行模拟计算,结果表明,当叶轮直径变化达到88.6%时,最佳效率点(BEP)的变化规律是明显的。为预测单叶片离心泵最佳工况点的变化和创建型谱图提供了重要理论依据。

离心泵降扬程、改轴封应用实例

利用离心泵叶轮切割理论降低泵的扬程,利用流体节流降压原理改善泵的机械密封运行环境,延长机械密封寿命。根据现场实际情况,通过分析找到改造办法,使闲置设备得以再次利用,泵的机封使用寿命得到提升,降低了出口压力后,保证了压滤机的安全稳定运行。

屏蔽泵轴向力平衡新方法

屏蔽泵的轴向力平衡成为影响屏蔽泵使用寿命和效率的关键因素。由于传统平衡方法难以完全解决屏蔽泵轴向力平衡问题,因此,采用新的轴向力平衡结构及方法显得十分必要。该文通过对屏蔽泵轴向力的特点分析与计算,采用校核计算的方法设计一个副叶轮,由副叶轮带动冷却液在冷却回路中循环流动,并产生一个与主叶轮产生的轴向力及转子重力等合力大小相等,方向相反的轴向力,从而消除轴向力。通过轴向力平衡计算和试验测量,屏蔽泵残余轴向力较小,满足规定要求,计算结果与试验测量结果基本一致。应用实例表明,屏蔽泵轴向力平衡新方法可靠,计算过程正确,能基本消除残余的轴向力,使轴承的负荷减小,延长轴承使用寿命,实现了屏蔽泵的安全可靠运行,具有一定的工程应用价值。

离心泵平衡腔液体压力的计算与验证

针对开平衡孔双密封环叶轮离心泵的平衡腔液体压力计算问题,基于液体通过叶轮平衡孔和后密封环间隙的泄漏量相等,引入了压力系数p和比面积k2个无因特征参数,推导出了平衡腔液体压力计算模型,其关系曲线为p=f(k)的无因次曲线,并给出了待定系数a、b的计算方法。在3BA-6泵上,取与计算相同的叶轮平衡孔直径进行了试验验证。结果表明,在泵设计工况下平衡腔液体压力的试验与理论无因次曲线较为一致,验证了平衡腔液体压力计算模型的正确性与可行性。该研究可为开平衡孔双密封环叶轮离心泵轴向力计算提供基础理论。

离心泵叶轮内部流场的数值计算

为弥补基于传统一元理论方法中流场计算的不足,该文基于流体的连续方程和运动方程,用Fortran语言编程实现了离心泵叶轮内部流场的数值计算,S1流面上采用有限单元法、S2流面上采用流线曲率法,2类流面迭代计算直至收敛得到离心泵叶轮内部流场分布。对2类相对流面方法计算得到的叶轮内部流场进行了分析。结果表明,叶轮内部相对速度分布合理,叶片头部受冲击作用,压力面和吸力面流速相差较大。叶轮内部压力分布从进口到出口逐渐增大,梯度较小,叶轮做功平稳,进口处压力从后盖板到前盖板逐渐降低。同时考虑流体的连续方程和运动方程后,对比传统一元理论方法的计算结果,计算得到的轴面速度从后盖板到前盖板间各条流线的分布规律相差较大,在叶轮进口段差别最大,具有较强的三维特征,表明本文数值计算结果可更好地反映离心泵叶轮内部的三维真实流动规律。

叶轮切割形式对中比转数离心泵性能的影响

为了研究叶轮和叶片2种切割方法下不同切割角度对离心泵外特性的影响,采用FLUENT软件模拟了中比转数泵叶轮切割后的内部流动,并预测了相应的外特性;考虑切割角度、切割量和比转速的影响,对现有切割公式进行了修正。外特性预测结果表明,在相同切割量下,切割叶轮后的扬程降低量明显大于切割叶片后的扬程降低量;切割角度在0～10°范围内,正向斜切的效率高于正切和反向斜切;切割叶轮时的轴功率明显小于切割叶片时的轴功率;切割角度在10°～10°范围内,斜切的轴功率均低于正切的轴功率。内部流场分析表明,在相同切割量下,随着叶轮切割角度的增大,正向斜切明显减弱了正切时的涡流现象。无论正切还是斜切,切割叶片的效果优于切割叶轮。研究结果可为中比转数离心泵的叶轮切割提供参考。

双吸泵叶轮切削后效率下降机理及切削定律

工程中经常存在双吸离心泵实际扬程远高于输水系统所需扬程的情况,通常采用切削水泵叶轮以达到泵站节能的目的。为了研究叶轮切削对双吸离心泵水力性能的影响,该文采用RNG k-ε湍流模型对叶轮切削后的双吸离心泵外特性和内部流场进行了CFD分析,首次揭示了叶轮切削后的水力损失机理,包括损失的位置、大小和原因。研究发现,随切削量增加,性能曲线上最优效率点位置向小流量工况显著偏移,双吸离心泵的最优效率值逐渐下降。叶轮切削而增加的水力损失主要产生在叶轮内部,这是由于叶轮切削后,叶片对水流控制能力变弱致流道内漩涡增多,造成叶轮部分水力损失明显增加;而隔舌间隙增大并未使压水室内的水力损失明显增加。在叶轮切削量一定前提下,在大流量工况,数值预测的结果与相似换算理论值近似相等;当切削量超过4%时,在小流量工况,依相似定律换算得到的扬程和轴功率值低于CFD计算结果。

基于熵产的离心泵流动损失特性研究

离心泵被广泛的应用于航空航天和石油化工领域,其内部的流动损失特征尚未被完全揭示。为了揭示离心泵内部流动损失机理,本文以1台带诱导轮的离心泵模型为研究对象,采用熵产理论和Q准则对不同转速和工况下的离心泵内部各个部件的流动损失特性进行定量分析。研究结果表明:局部熵产和壁面熵产值随着转速的增大而增大,与湍流耗散熵产和直接耗散熵产相比,壁面熵产所占的比率最高。腔体、蜗壳和叶轮是离心泵内部能量损失的核心区;叶轮内部的大量涡流和流体对叶片的冲击是造成叶轮能量损失的主要因素;叶顶泄漏涡是引起诱导轮能量损失的主要原因。

低比转数离心泵叶轮切割定律的研究

切割定律在离心泵设计中有着重要的作用,但由于目前还没有十分准确的公式用来进行泵的设计,泵设计一般采用经验公式设计,再加以理论校核计算,这样新设计的泵的性能参数很可能存在着与设计参数不吻合。为此,用统计归纳方法给出该切割定律的具体计算公式与曲线图,并举例验证了推导低比转数离心泵叶轮公式与曲线图的准确性。

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.

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。

偏离设计工况的离心泵叶轮改造计算

针对石油化工行业中使用的离心泵常在偏离设计工况下运行的特点,论述了离心泵改造的传统方法,在此基础上,提出了利用改变叶轮外径和叶片包角的方法对叶轮进行重新设计的方案,并给出了叶轮外径的初步计算方法、模拟分析方法。

矿用抢险多级泵转子部件轴向力数值模拟及平衡方法研究

因对称布置的矿用抢险多级排水泵出口段的轴端水压力较大,无法平衡轴向力,本文采用非对称布置的叶轮导叶结构,其轴向力可达到平衡,本文进一步采用切割末级叶轮后盖板的方式来完全平衡整泵转子的轴向力。基于CFX软件,采用标准k-ε模型对装配了不同尺寸后盖板的叶轮、导叶、进出水段的矿用抢险多级排水泵的全流场模型进行了数值模拟,获得了整泵的外特性及转子部件的轴向力的结果,得到末级叶轮后盖板不同切割尺寸与轴向力的尺寸范围;预估了轴向力完全平衡时,末级叶轮后盖板的切割尺寸,通过数值模拟验证了预估结果。本文所采用的矿用抢险多级泵转子部件轴向力平衡措施以及模拟方法,可为类似的多级泵产品提供参考。

基于FINE的离心泵叶轮水力性能数值模拟与试验对比

应用NUMECA公司的FINE软件,采用Navier-Stokes方程组和Spalart-Allmaras湍流模型,对两种离心泵内部流动进行数值计算,得到叶轮内流场在3种不同工况下的流动分布。结果表明:增加叶轮叶片能有效的改善液流的流动稳定性,对提高整个泵的高效区范围和扬程有显著作用。数值模拟可以准确的对离心泵内部的复杂三维流动与水力性能进行有效预测。

大型双吸离心泵内流场的数值模拟与性能预估

针对高扬程大流量的大型双吸离心泵的汽蚀问题进行了数值模拟。依据k-ε紊流模型加壁面函数法对叶轮内的三维紊流流动进行数值计算与分析,采用雷诺时均Navier-Stokes方程进行模拟并通过压力耦合方程组的半隐式方法进行求解。利用FLUENT软件模拟得到叶片流速分布、压力分布及全流道流线分布图,分析出离心泵叶轮通道内的流动规律,并将模拟结果与试验值进行对比,可知在设计工况点时相对误差最小,扬程相对误差为1.75%,效率相对误差为2.27%。结果表明:利用计算流体动力学进行三维紊流数值模拟可以反映大型双吸离心水泵内部真实流动,效率的变化趋势符合离心泵工作特性的一般规律,模拟结果与试验结果一致。

半开式切割泵固液两相流动与特性分析

为深入了解半开式切割泵内部固液两相流动状态,基于ANSYSCFX软件,采用标准k-ε湍流模型,在不同固相体积分数和不同流量工况下,研究了叶轮叶片不同位置处的固相体积分布及速度分布,以及切割泵旋转刀处的固相体积分布及速度分布,并对磨损情况进行相应预测.分析了固相和液相对于内流场的影响.结果表明:分布在叶片压力面的固相速度整体小于吸力面,而固相体积分数却大于吸力面;叶片尾部固相速度最大,叶片头部固相体积分数最大;对于旋转刀,位于工作面旋转刀出口处和背面靠近转轴处的固相速度较大,位于工作面靠近转轴处固相体积分数较大,因而磨损预计较为严重,而旋转刀背面整体体积分数较小;不同流量工况对于压力分布、速度分布、固相分布有较明显的影响.

考虑滑移的离心泵叶片 S_2 流面反问题计算方法

针对离心泵叶轮叶片数较少的特点，将有限叶片数带来的滑移的影响引入Ｓ２流面反问题计算过程之中，提出了用滑移率修正在假定流动轴对称条件下确定的叶片安放角的做法．从而使Ｓ２流面反问题计算方法更接近于实际情况．文中给出了计算实例，并与现有的Ｓ２流面反问题计算结果进行了对比．

叶片V 型切割对低比转速离心泵压力脉动的影响

为研究设计工况下叶片V型切割宽度对低比转速离心泵外特性以及压力脉动的影响,以一台比转速ns=67的离心泵为研究对象,在保证叶轮和蜗壳其他几何参数不变的情况下,对叶片出口边进行V型切割,利用N-S方程和RNG k-ε湍流模型对流场进行全三维数值计算。研究结果表明:叶片V型切割宽度对离心泵外特性有显著影响,扬程和效率随着叶片V型切割宽度增大而逐渐降低,但效率下降幅度较小,同时离心泵蜗壳内部和蜗壳出口处的压力也明显下降;各监测点压力脉动具有明显周期性特征,蜗壳隔舌、第Ⅰ断面和蜗壳出口监测点压力脉动幅值随着切割宽度增大而呈现出先减小后增大的趋势,当叶片出口相对切割宽度为33.33%时,离心泵内压力脉动幅值达到最小。

叶轮切割方式对双吸离心泵性能的影响

为了研究不同切割方式对双吸离心泵性能的影响,采用理论分析的方法对工程实际应用中的泵切割进行了理论阐述,并以1200S56型双吸泵为模型进行了切割,采用Fluent软件对各切割模型进行数值模拟,分析其相应的外特性的变化并对其内部流场变化进行研究.结果表明:在工程应用中,当泵的性能不能满足要求需要对叶轮进行切割时,若叶轮出口处为圆柱形叶片时,平切效果好于V切;若叶轮出口处为扭曲叶片时,V切效果更好;且对叶轮进行切割后,其性能均下降,所以不管是平切还是V切,切割量都不宜过大,要根据泵自身的情况选择合适的切割方式.

叶轮切割技术在磁力离心泵中的应用

离心泵使用过程中,由于泵选型不当或工艺发生改变,导致泵的扬程偏大,扬程富余太多,泵出口阀门开度非常小,节流损失大,排量受到限制,造成工况不稳,调节困难。为使泵满足现场工艺要求,可采用切割叶轮的方法进行调整。离心泵采用切割叶轮的方法,可以改变泵的性能参数,解决泵的匹配性。通过分析低比转数离心泵叶轮切割指数,采用切割指数与比转数曲线拟合的方法计算叶轮切割参数,结果与实际吻合较好。适当减小叶轮外径,在转速不变的条件下降低泵的流量、扬程和功率,提高泵的比转数,改变泵的性能参数,有效避免了磁力离心泵轴承和磁钢的损坏,确保安全运行。