高速诱导轮离心泵内空化发展可视化实验与数值模拟

为了研究高速诱导轮离心泵内空化发生发展规律,采用高速摄像技术,对离心泵内诱导轮与叶轮流道的空化流动进行可视化研究,并结合CFD数值计算对离心泵内部流场进行模拟分析。结果表明:在空化初生阶段(汽蚀余量为5.0 m),诱导轮叶片前缘出现叶顶泄漏涡空化;在空化发展阶段(汽蚀余量为1.07~5.0 m),流动极为复杂,在诱导轮流道内同时出现叶顶泄漏涡空化、片状空化和云状空化,并且在较低汽蚀余量(汽蚀余量为1.5 m)时,出现不对称空化现象。在空化初生和发展阶段,泵的扬程和效率基本保持不变;在空化恶化阶段(汽蚀余量小于1.07 m),诱导轮流道内基本被空泡堵塞,空泡进入叶轮流道,导致离心泵扬程和效率急剧下降。

低比转速复合叶轮离心泵内的非定常流动特性

为了研究低比转速离心泵内由叶轮/蜗壳相互作用所引起的非定常流动特性,基于滑移网格和RNGk-ε湍流模型计算了具有4长8短复合叶轮离心泵内部的非定常流动。计算结果显示,离心泵内部速度和压力在空间上呈现高度非对称性,在时间上呈现高度非定常性。蜗壳第Ⅳ断面和第Ⅷ断面速度变化规律基本一致,周向速度沿蜗壳径向减小,第Ⅷ断面出现负的径向速度,流动最为复杂。叶轮和蜗壳的动静耦合是产生压力脉动的主要原因,压力脉动的频率受叶轮转频控制,主频为叶片通过频率。蜗壳周向的脉动压力幅值呈现上下波动,但从第Ⅰ断面到第Ⅷ断面其幅值整体上在逐渐衰退,直到蜗壳第Ⅷ断面达到最小。与定常计算相比,在设计点下非定常计算所得的有效扬程更接近实验值,说明非定常计算可以比较准确地预测泵的扬程。

具有诱导轮的高速离心泵汽蚀特性试验

采用闭式流体输送试验台,对具有前置诱导轮的高速离心泵进行了汽蚀特性试验研究,比较分析了无诱导轮、单个及串联诱导轮3种工况下诱导轮对离心泵性能及汽蚀性能的影响。发现前置单个或串联诱导轮对离心泵的性能影响并不显著,单个诱导轮的离心泵性能相对于无诱导轮的离心泵性能稍有下降,具有串联诱导轮的离心泵扬程和效率与无诱导轮离心泵相比稍有增加;但采用串联诱导轮可有效提高离心泵的汽蚀性能。

叶顶间隙对低比转数半开式离心泵性能的影响

为研究叶顶间隙对低比转数半开式高速离心泵内部流动及性能的影响,基于雷诺时均Navier-Stokes方程和Spalart-Amaras湍流模型,在叶顶间隙分别为0.5,1.1和2.5 mm时对一台比转数为19.3的半开式高速离心泵内部流动进行三维紊流数值计算,并进行外特性试验验证.研究结果表明:叶顶间隙可以改善叶轮内部的流动情况,但较大间隙的叶轮内部的循环流动引起的水力损失大于较小间隙内的循环流动和回流引起的水力损失;因此随着叶顶间隙的增大,离心泵扬程及效率均减小;而且在叶片中部和尾部的叶顶间隙层内,相对速度和静压随着叶顶间隙的增大而减小,且相对速度受叶顶间隙的影响尤为明显,静压沿着叶轮半径近似呈线性增加;叶轮流道内沿轴向分布的切向速度和径向速度随着叶顶间隙的增大分别减小,但切向速度较为均匀,减小量相对较小;数值模拟与试验得到的外特性曲线变化趋势一致.

离心泵启动过程中的附加理论扬程计算

随着工程应用的拓展和系统复杂程度的提高,离心泵在瞬态操作条件下的瞬态性能已被更多的研究与应用。本文借助于叶轮机械的瞬态欧拉方程式对各类瞬态过程中可能存在的瞬态行为进行了详细的定性分析。为深入揭示离心泵在启动过程中的瞬态行为,通过算例对瞬时附加理论扬程和附加理论轴功率进行了定量计算。结果显示:直叶片离心泵中的瞬态行为只可能与角加速度项有关,而与流动惯性项无关;角加速度项总体上要比流动惯性项数值要大,表明启动过程中的转速上升特性对瞬态行为有着极其重要的影响。本研究将为各类涡轮机械的瞬态性能研究提供了较好的参考,进一步丰富了叶轮机械流动理论。

部分流泵的优化设计

本文在定量分析了部分流泵泵内能量损失的基础上,对部分流泵过流部件主要几何参数和系列型谱中的泵性能参数进行了优化计算,通过相关的优化设计实践表明,上述优化计算的效果是明显的。

关死点处离心泵启动过程的数值模拟

离心泵在瞬态过程中的瞬态性能正受到越来越多的关注,其中启动特性是目前研究与应用最为广泛的。为防止功率过载,离心泵通常在关闭出口阀门状态下启动。为研究瞬态性能,本文通过数值模拟技术,对一台低比转速离心泵在闭阀快速启动过程中的内部流场进行了不可压缩、非定常、粘性流动的数值模拟。其中压力与速度的耦合采用SIMPLE算法实现。研究表明:随着启动过程中转速的不断提高,动静干涉效应将更为明显;无量纲扬程在启动初始阶段存在极大值,随后快速减少至最小值,而后缓慢上升至稳定的波动值,该过程表现出明显的瞬态效应;准稳态假设不适合用来进行准确瞬态行为预测。总之本研究将为各类涡轮机械的瞬态特性研究提供了参考。

具有前置诱导轮的低比转速复合叶轮的数值模拟

选用Navier-Stokes方程和Spalart-Allmaras湍流模型分析诱导轮对复合叶轮内部流动的影响,采用Numeca软件对具有前置诱导轮及无诱导轮两种工况下的低比转速复合叶轮进行了数值模拟研究。对比分析结果表明:与无诱导轮的叶轮相比,前置诱导轮复合叶轮叶片进口前端和叶片流道间回流区域减小,叶片进口处压力增加,叶轮内部液体流动更加均匀并提高了叶轮的抗汽蚀性能,有效改善了叶轮的水力性能。

低比转速叶轮内部流动的数值计算

为了解复合叶轮内部流动特性,采用雷诺时均Navier-Stokes方程和Spalart-Allmaras湍流模型对4长叶片的普通叶轮和4长4中8短16叶片的复合叶轮内部流动进行了数值模拟,得到了设计工况下两种叶轮内部流场分布,分析了中、短分流叶片对叶轮内部流场的影响。计算结果表明:采用长、中、短叶片设计的复合叶轮可以改善流道内流场分布,提高长叶片吸力面压力,有效地阻止液流的脱流,复合叶轮可以获得更高的静压差,有效地提高了离心泵的扬程。

带分流叶片的变螺距诱导轮的设计与实验

为进一步提高某一型号输送易汽化介质高速离心泵的抗汽蚀性能,提出了带分流叶片的变螺距诱导轮的设计方案。入口叶片设计为具有较小液流角、叶片数为2的等螺距结构;出口叶片设计为具有较大液流角、叶片数为4的等螺距结构;前后叶片组合成一变螺距诱导轮。实验结果证明带分流叶片的变螺距诱导轮高速泵具有优越的汽蚀性能。

高速部分流泵设计及在炼厂的应用

设计开发了一种适合高压小流量参数的部分流泵,此泵在炼厂的加氢装置中可取代原三柱塞往复泵,解决了噪声、振动大、故障率高等一系列问题。文中论述了GSB-5/850型高速部分流泵的设计方法与最终试验结果。

高速离心泵飞溅润滑方式原理分析

石油化工行业的发展催生了离心泵多种新型实用泵型的研发成功,其中高速离心泵所具有的扬程高、结构紧凑、可靠性高及适合范围广等优点而受到国內外泵设计研究者的关注。高速离心泵主要有几大部件构成,其中润滑系统是核心部分,是保证整机是否安全可靠运行的关键。目前所采用的润滑方式有几种,采用飞溅润滑方式因其操作简单、维修方便等特点而备受客户青睐,在石化行业得到广泛应用。阐述了整个飞溅润滑方式是如何实现和运行的。

大流量高速泵的改型设计与实验

针对某一型号大流量高速泵运行过程中径向力过大和诱导轮轴端跳动过大的情况,对此进行了3处改型设计。导叶设计为具有3个出口、均匀分布的扩散体,叶轮设计为径向直叶片开式叶轮,诱导轮设计为变螺距结构形式。实验结果表明,改型后的高速泵具有可靠的外特性曲线和优良的汽蚀性能。长时间的现场可靠运行证实径向力和轴端跳动大幅减少。

高速胺泵开发与现场应用

开发了一种输送胺类介质的高速部分流泵,该泵在浙江江山化工股份有限公司有机胺装置中使用,解决了原多级泵的机械密封泄漏和易汽蚀、运行稳定性差等问题。本文论述了GSB-30/400型强制润滑高速泵的设计方法和现场应用情况。

双泵头国产化高速离心泵设计分析

高速离心泵在20世纪由美国开始运用于石油化工领域。随着石化领域的蓬勃发展,高速离心泵也随之得到大力推广。其通过齿轮进行增速,有两级增速和单级增速2种方式,同时为了满足高扬程的需求,也存在由一个低速轴带动两个高速轴的多级高速离心泵型式。文章主要描述了目前国内首台采用双泵头型式的多级高速离心泵的设计情况。

最高单级增速高速离心泵设计分析

高速离心泵通过齿轮进行增速,有两级增速和单级增速两种方式。煤化工领域和加氢装置需要高扬程的泵送系统,故此与之匹配的高速离心泵的转速也必须随之增加,因采用两级增速成本高,装配难度高,故选用单级增速方式,提高了泵的效率。主要介绍了目前国内最高单级增速的高速离心泵的设计情况。

对叶轮型式对超低比转速高速离心泵性能的影响分析

高速离心泵在航天、化工、石油等领域的输送小流量高扬程介质中被广泛应用。基于此,本文详细阐述了其他条件不变的情况下,通过采用数值模拟的试验方式,来分析在分别采用复合叶轮型式与普通叶轮型式时,超低比转速高速离心泵性能上的变化,深入分析了叶轮型式对超低比转速高速离心泵性能的影响。

关于通用件的管理

公司的发展会带来产品的多样化,而多样化的产品必定会带来大量的零件,例如齿轮、压盖、轴、口环,各种紧固件、冶金粉末等。这些大量的零件如果图纸资料不统一、不规范,产品标准化水平低,无法形成系列,设计各搞一套,通用性差,可想而知,这些将会给生产组织带来了极大的困难。

高速开式离心泵内部的流动特性研究

基于N-S方程应用标准的k-ε湍流模型对高速开式离心泵进行三维湍流数值模拟,得到了流道内的压力场、速度场的变化规律,揭示了回流等流动现象,验证了液流冲击、流动不均匀和回流是开式叶轮效率低的主要原因;通过对蜗壳进口速度和压力沿周向分布的分析看出分布呈现明显的波动特征,验证了叶轮与蜗壳的干扰所造成的周向流动的不均匀性是非常强烈的。预测出其性能曲线,计算与试验结果吻合良好,证明该计算方法具有较高的可靠性。