螺旋离心泵的原理与设计方法

推导了介质质点在螺旋离心泵叶轮叶片工作面和负压面上的螺线运动方程。提出了螺旋离心砂水力设计方法，列举了螺旋离心泵水力设计，计算与绘形例子。本文对螺旋离心泵设计和研究具有实际指导意义。     

叶轮的发展过程

从三方面说明了叶轮的漫长发展历程。首先 ,通过由开式离心泵发展到有扩压器的离心泵来说明离心泵的发展过程 ;其次 ,通过在能量头、流量、转速、圆周速度方面的不断提高以及燃气轮机的应用上 ,来说明离心压缩机的发展过程 ;然后 ,通过欧拉方程的推导、流动条件的确定 ,来说明流体物理的最初情况。这三方面的发展实际上标志着叶轮的发展过程。最后介绍了 ,现在的离心泵、离心压缩机在各领域中的广泛应用情况。     

螺旋离心泵叶轮离心段叶片对泵性能影响的数值模拟

以150×100 LN-32型螺旋离心泵为研究对象,选用标准k-ε模型,采用CFD软件Fluent计算了原形机和去掉了离心段叶片的模型机的三维内部流场。通过对两种叶轮泵内部流动速度、压力分布与捕捉到的回流等重要现象的研究,分析了离心段的作用。针对以上分析结果,提出了在设计螺旋离心泵的一些改进建议。     

基于流场计算的螺旋离心泵叶轮静力学分析

为研究螺旋离心泵叶轮结构的振动特性,首先建立螺旋离心泵内部流场三维模型,对设计工况下的螺旋离心泵内流场进行了定常数值模拟,得到了叶片表面的压力载荷分布;建立叶轮有限元模型,以螺旋离心泵全流道三维定常数值模拟计算结果为基础,利用顺序耦合技术进行了有预应力的叶轮静应力分析和模态分析,结果表明:叶轮的最大应力出现在叶片进口的轮毂处,叶轮强度满足设计要求;叶轮最大的形变区域出现在叶片进口的轮缘处;叶轮的变形域随着频率的增加而增大;叶轮的各阶固有频率远大于泵的运行频率,因此在运行过程中不易发生共振现象。     

螺旋离心泵叶轮背叶片对轴向力影响的数值分析

基于相对坐标系下的雷诺时均N-S方程和RNG k-湍流模型,采用非结构化混合网格技术和SIMPLEC算法,以清水为介质,对带有叶轮背叶片的80LN-6型螺旋离心泵进行全三维数值模拟。通过改变叶轮背叶片数目和宽度设计出6种不同螺旋离心泵叶轮方案,对各种方案下泵内流动进行数值模拟,获得螺旋离心泵叶轮无背叶片和不同背叶片数目及宽度下轴向力的变化趋势和规律。通过对外特性试验数据和CFD数值模拟数据对比,间接地验证了数值模拟方法的可靠性。并对6种不同螺旋离心泵叶轮方案模拟数据进行分析,结果表明,螺旋离心泵添加叶轮背叶片之后,轴向力大小发生变化,同时在不同方案中不同工况下轴向力方向也发生改变;背叶片数目、背叶片宽度对于平衡轴向力均存在最优值且对后腔及蜗壳内的压力分布有较大影响。     

基于叶轮压水室特性匹配的离心泵作透平的性能预测

离心泵反转作透平(PAT)作为一种方便快捷的能量回收装置,具有显著的工农业应用价值,PAT应用的前提是掌握离心泵正反转模式下性能参数的换算关系。本文从有限叶片数的欧拉方程和转轮进出口速度三角形出发,推导了PAT转轮特性方程。借鉴离心泵叶轮和压水室的特性匹配原理,由PAT转轮与压水室特性方程联立求解获得了PAT的最优工况点流量、扬程等参数的预测计算公式。该性能预测方法仅需已知转轮和压水室的几何参数而不受比转速等条件的限制,具有通用性和实用性。预测方法得到了PAT的实测结果的验证,性能预测和试验结果的相对误差都在工程允许的范围内,表明本文所提出的性能预测方法是切实可行的,可为PAT的选型及应用提供理论依据。     

叶轮参数建模系统

针对离心叶轮建模的难点,探讨了基于SolidWorks环境下离心叶轮的三维设计方法与参数化设计的原理,给出了SolidWorks构造曲线曲面的数学模型。通过VB、MicrosoftAccess对Solid-Works进行二次开发实现了离心叶轮自动建模。对离心泵叶片的空间扭曲问题提出了有效的解决方法,提高了建模效率和设计精度。     

离心泵无分离条件下叶片型线方程研究

通过对压力面边界层分离条件的分析得出叶片型线方程并给出计算实例。着重强调在离心泵设计时除了重视叶轮出入口参数的选择之外,更不能忽略叶片曲度对微观流动即边界层流动的影响。叶片型线的选择应满足边界层不分离条件及由欧拉方程——泵的基本方程所确定的理论扬程条件。     

变螺距叶片对螺旋离心泵轴向力的影响

采用150×100LN-32型螺旋离心泵的结构尺寸,根据螺旋离心泵的叶片变螺距型线方程设计出8种螺距变化方式不同的螺旋离心泵.以这8种不同螺距的螺旋离心泵为对象,选用清水和沙水固液两相流为介质,基于FLUENT软件,建立相对坐标系下的时均连续方程及N-S方程,并采用标准κ-ε方程湍流模型、非结构四面体网格和SIMPLE算法进行数值模拟,得到螺旋离心泵的压力分布后计算出不同螺距下的轴向力.在此基础上,将等螺距的螺旋离心泵计算的进出口压力差和试验测量值进行对比,间接地验证了利用数值模拟计算轴向力的准确性.研究不同螺距下的不同流量、不同体积分数和介质为清水时不同螺距下的轴向力变化趋势和规律,通过数据分析,可知螺旋离心泵轴向力的大小受多种因素的影响,而叶轮的螺距变化改变着内流场的变化,对螺旋离心泵轴向力的大小起着决定性作用,轴向力随着螺距变化的曲线呈现出一定的凹凸性.针对不同参数,合理地设计叶片螺距,对于提高螺旋离心泵的可靠性和稳定性具有重要意义.     

Y4-73离心通风机叶轮的高比转速优化设计研究

为了提高Y4-73离心通风机在大流量工况运行时的气动性能,在原通风机蜗壳不变的基础上,优化设计了一种高比转速叶轮,结合试验和数值模拟对其气动性能进行分析并研究了3种不同叶型对该风机性能的影响。研究结果表明,与改进前相比,高比转速离心通风机最高效率点向大流量工况偏移,虽然风机最高效率点的效率较原风机降低了3%,但在实际应用的大流量设计工况下,效率提升了10%。在此工作点下,改进后的高比转速叶轮与原蜗壳匹配性更好,叶片负荷提高,在靠近蜗舌和叶轮前盘处的流态有较大改善。当风机叶片为板型时,在设计工况下效率较薄翼型风机提升了1%。板型叶轮叶道内的流动分离现象有所减弱,尾迹损失小,叶轮出口气流角较大,使得叶轮出口处有效通流面积增大,从而提升了叶轮的做功能力,同时减小了蜗壳内的流动损失。     

叶片数对螺旋离心泵内部流场影响研究

利用工程上普遍采用的k-ε两方程模型和SIMPLE算法,对单叶片和双叶片螺旋离心泵的内部流场进行了数值模拟.得出了叶轮与蜗壳内的速度分布和压力分布等流场信息,比较了单叶片和双叶片螺旋离心泵的特性曲线,单叶片和双叶片螺旋离心泵内部流场的区别与联系,分析了叶片数对螺旋离心泵内部流动规律的影响.     

用三维CAD手段优化螺旋离心式叶轮动平衡问题

本文叙述了根据动平衡的力学原理,借助于三维CAD软件的功能,优化设计了螺旋离心式潜水排污泵叶轮,较好地解决了螺旋式叶轮的动平衡问题。在减少了加工去重量、降低了叶轮制作成本的同时,还改善了产品的质量、提高了泵的工作效率,达到了较好的综合实效。     

叶片参数对离心泵关死点性能影响的试验分析

一直以来离心泵关死点扬程和功率都无法通过理论计算获得。以某比转数为92.7的离心泵为研究对象,试验测试了不同叶片出口角、叶片出口宽度和叶片数下关死点扬程和功率的变化规律。试验结果表明关死点扬程随着叶片出口角的增大变化较小,随着片出口宽度的增加一直增加,随着叶片数增加先减小后增大;3个参数对关死点功率的影响都比较复杂;3个参数对关死点性能的影响大小顺序为叶片出口宽度最大,叶片数次之,叶片数最小。研究结果对于现代离心泵的设计具有比较重要的参考意义。     

离心压缩机扩压器叶片不稳定脉动力及气动噪声预测

参照轴流压气机动叶尾迹衰减规律，利用流动损失系数代替叶栅阻力系数，给出了离心叶轮出口粘性尾迹速度亏缺值及其宽度的计算方法。基于薄机翼理论，每个叶片用一组连续分布涡来代替，把环形叶栅片模化成在圆周上连续分布涡组的等分排列，建立了在离心叶轮粘性尾迹作用下扩压器叶片上不稳定力计算式。在此基础上对离心压缩机气动噪声进行了理论计算。并与实测值进行了比较，二者吻合较好。     

基于CFD技术改善双吸离心泵叶轮性能

介绍了低比速离心泵特点,阐述计算的控制方程和叶轮通道网格划分方法.运用CFD软件FLUENT对不同叶片形式叶轮流道进行三维湍流流动计算.计算采用压强连接的隐式修正SIMPLEC算法和雷诺平均法的RNG k-ε湍流模型.根据计算结果分析叶片形式对流速分布、压力分布的影响,揭示叶轮内流动规律,提高低比速离心泵优化设计的水平.     

Influence of blade thickness on transient flow characteristics of centrifugal slurry pump with semi-open impeller

As the critical component, the impellers of the slurry pumps usually have blades of a large thickness. The increasing excretion coefficient of the blades affects the flow in the impeller resulting in a relatively higher hydraulic loss, which is rarely reported. In order to investigate the influence of blade thickness on the transient flow characteristics of a centrifugal slurry pump with a semi-open impeller, transient numerical simulations were carried out on six impellers, of which the meridional blade thickness from the leading edge to trailing edge varied from 5-10 mm, 5-15 mm, 5-20 mm, 10-10 mm, 10-15 mm, and 10-20 mm, respectively. Then, two of the six impellers, namely cases 4 and 6, were manufactured and experimentally tested for hydraulic performance to verify the simulation results. Results of these tests agreed reasonably well with those of the numerical simulation. The results demonstrate that when blade thickness increases, pressure fluctuations at the outlet of the impeller become severe. Moreover, the standard deviation of the relative velocity in the middle portion of the suction sides of the blades decreases and that at the outlet of the impeller increases. Thus, the amplitude of the impeller head pulsation for each case increases. Meanwhile, the distribution of the time-averaged relative flow angle becomes less uniform and decreases at the outlet of the impeller. Hence, as the impeller blade thickness increases, the pump head drops rapidly and the maximum efficiency point is offset to a lower flow rate condition. As the thickness of blade trailing edge increases by 10 mm, the head of the pump drops by approximately 5 m, which is approximately 10 % of the original pump head. Futhermore, it is for the first time that the time-averaged relative flow angle is being considered for the analysis of transient flow in centrifugal pump. The presented work could be a useful guideline in engineering practice when designing a centrifugal slurry pump with thick impeller blades.

     

基于 Fluent的 AY型离心油泵叶轮内流场数值模拟

借助Pro/E造型平台建立叶轮单流道的简化模型和叶轮整体的三维模型,利用Fluent流体分析软件对AY型离心油泵叶轮内流场进行模拟,采用标准k-ε湍流模型和SIMPLY算法,利用Fluent前处理器GAMBIT网格建模,模拟出叶轮内流场的流动规律,初步分析了离心泵叶轮的速度和压力分布,获得离心泵叶轮流道内的速度场、压力场。结果表明,Fluent数值模拟能真实反映叶轮内部的复杂流动,为AY型离心油泵叶轮的设计及改进提供了基础依据。     

极低比转速叶轮内流体的流动分析和叶轮的设计

通过分析得出影响低比转速离心泵效率的主要原因是在叶轮出口存在二次流、边界层的分离等而引起的射流一尾迹结构并提出了改进的方法。实例表明文中提出的加大叶轮出口宽度,采用较大的叶片出口安放角,较大的叶片包角和叶片的线型前部采用较小曲率半径,后部分采用较大的曲率半径等叶轮设计方法能够设计出具有较高效率和较好性能的低比转速离心泵。     

离心泵叶轮主要几何参数与反作用度之间的关系研究

反作用度对离心泵叶片的形状有很大的影响,在离心泵叶轮的水力设计中应该予以考虑。基于反作用度的定义,建立了反作用度与离心泵叶片几何参数的关系;同时用数学方法论证了离心泵反作用度与叶片出口角之间的关系;在此基础上,探讨了比转速与反作用度的关系。分析表明:反作用度随比转速的增大而增大。考虑反作用度对叶轮流道的影响作用,将推导出的公式应用于离心泵的水力设计中,预估叶片进口角,以减小了冲角选取的盲目性。