基于CFD的多相泵复合导叶优化设计

针对多相泵空间导叶局部压力过大的现象,以螺旋轴流式油气混输泵的导叶为研究对象,设计工况下以多相泵的扬程和效率提升以及降低导叶局部压力为优化目标,在保证动叶和复合导叶设计参数不变的前提下,通过CFD数值模拟计算不同复合短导叶安放位置与多相泵的水力效率之间的关系,从而寻找效率最优的复合短导叶安放位置。计算结果表明:多相泵复合短导叶的安放位置对多相泵的内流场和多相泵的外特性有重要影响,随着复合短导叶安放位置从流道后置到前置时,存在使泵效率最高的最优安放位置;当复合短导叶位于流道中部时,能有效抑制气液分离情况,削弱复合导叶尾部叶顶处局部压力过大现象以及提高了多相泵的水力效率;随着短导叶从流道出口移动到流道进口时,存在于导叶背部的低速脱流区会前移,且脱流区面积会增大,加重流道的堵塞。揭示了短导叶安放位置与多相泵内流场和外特性的关系,为多相泵导叶的优化设计提供了一定的理论依据。     

冲压泵叶轮与导叶匹配关系的研究

冲压焊接泵在我国广泛应用于工业、农业、医疗以及生活等各个领域,其中叶轮与导叶之间的匹配关系是研究设计冲压泵的核心问题之一。通过数值模拟研究,分析多级冲压泵叶轮导叶间的匹配与泵性能效率之间的影响,结果表明冲压泵的叶轮出口边与轴向之间有夹角可以提高泵的效率,且夹角θ取值在30°～40°范围内时,泵的效率较高;导叶叶片数增加,导叶出口处圆周速度分量的峰值随之逐渐降低,在一定范围内,叶片数增加的越多降速增压效果越好。本研究为优化冲压泵结构、提高冲压泵效率及性能提供部分参考建议。     

百万千瓦级核电站主给水泵组汽蚀寿命分析

给水泵组前置泵效率低于压力级水泵,从节能角度希望前置泵扬程不要太高;从压力级泵汽蚀可靠性角度又希望前置泵扬程足够高。本文依据汽蚀寿命研究成果,试图在二者之间找到前置泵扬程的合适值,为新产品研发提供一种思路。     

螺旋流对环形射流泵性能影响的数值模拟

为了提高环形射流泵的输送效率,本文提出了一种利用导叶结构形成螺旋流的螺旋流环形射流泵。利用数值模拟的方法研究不同工作压力下的螺旋流环形射流泵和原型泵的速度、压力和湍动能分布计算结果,来分析螺旋流对环形射流泵的性能影响。数值模拟结果表明：在工作压力为130 kPa时,螺旋流使环形射流泵的流量比增加了43.1%,压力比降低了22.8%。螺旋流降低了环形射流泵喉管内的静压,更容易引起空化。螺旋流使得环形射流泵的效率在工作压力低于160 kPa时大于原型泵。螺旋流环形射流泵内具有更大的湍动能分布区域。随着工作压力升高,两种结构的环形射流泵湍动能分布差别减小。导叶阻力对螺旋流环形射流泵的效率有着重要的影响。     

面积比原理在冲压泵设计中的应用研究

基于面积比原理对冲压泵叶轮出口与导叶进口的匹配进行设计与研究,采用数值模拟和试验研究相结合的方法研究了叶轮出口与导叶进口面积比和导叶进口与导叶到泵腔壁间环形进口面积比对泵内部流场和性能的影响.分别对5种不同面积比的冲压泵模型进行计算分析,结果表明:随着叶轮出口面积F2与导叶进口面积F3比值Y=F3/F2的增大,导叶进口流速越来越小,冲压泵的扬程和效率不断提高,当由Y=1.48增大到Y=3.49时,扬程和效率分别提高了约3.0％和2.0％.随着导叶到泵腔壁间环形进口面积F的增大,导叶出口的平均静压值先增大而后又下降,冲压泵的扬程和效率也先增大后下降,当F=1 680.4 mm2(F/F3=197.2％)时,扬程和效率都达到最大值.     

高效率多级部分流泵水力模型的研制

本文介绍在泵的轴向尺寸和径向尺寸不变的情况下,通过改变导叶叶片数、导叶喉部面积、叶轮和泵体前后端面间隙和叶轮的叶片数来提高多级部分流泵的效率。     

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。     

离心泵前置导叶预旋调节的理论分析

本文分析离心泵前置导叶调节的基本原理,并基于损失模型法和Stodola公式推导出离心泵叶轮进口前的冲击损失、流道内的水力摩擦损失、扩散损失和水泵扬程的计算表达式,讨论了前置导叶在不同预旋角度下离心泵最优工况点的变化趋势和前置导叶调节对离心泵的空化（汽蚀）和能量特性的影响,据此为离心泵前置导叶的水力设计和性能预测提供了技术支持。利用本方法对IS150—125—250型离心泵在不同前置导叶预旋角度下的特性曲线进行了预测,并根据计算结果分析了前置导叶调节的调节范围和调节效率。结果表明,前置导叶调节主要适用于流量负荷有较大变化而扬程变化不大的场合,正预旋时离心泵性能曲线和最高效率点向小流量区移动;负预旋时则向大流量区移动,且与正预旋相比高效区的范围要宽。     

核主泵轴承滑油唧油叶轮导叶性能优化

以某核主泵轴承为研究对象,针对华龙一号对其超设计基准工况运行要求,采用CFD和Stage(Mixing Plane)单叶片通道技术对叶轮导叶进行了仿真。通过对叶轮导叶流道进出口面积的设计及叶轮导叶面积比匹配优化,提高了叶轮导叶的水力效率,对核主泵轴承在超设计基准工况中的SBO和丧失冷却水运行的安全性予以提升,结果表明:优化后叶轮导叶性能较之前有明显提高;对于该类叶轮导叶的优化,需要同时对叶轮导叶进出口流道面积进行调整。研究成果可为相关核主泵轴承用叶轮导叶优化设计提供一定的技术参考。     

基于喉部参数控制的离心泵导叶扩散度研究

为研究导叶扩散段无量纲参数对离心泵水力性能的影响,通过控制导叶喉部参数设计出5种导叶扩散度方案,采用雷诺时均N-S方程和RNG_κ-ε湍流模型对离心泵进行全流场计算,对比分析了不同扩散度方案对上游叶轮、导叶本身以及下游压水室水力性能的影响,并验证了数值分析的可靠性。研究表明:导叶扩散度对上游叶轮水力性能较大,叶轮效率随导叶扩散度的增加而增大,扩散度过小会增大叶轮出口位置液流所受冲击损失;导叶水力性能对扩散度的变化比较敏感,其水力损失随扩散度的增加而增大,且扩散度越大导叶叶片进口工作面上压力波动越剧烈、背面静压提升越明显;导叶扩散度的变化对下游压水室的水力性能影响较小,水力损失随导叶扩散度的增加先减小后增大,导叶扩散度过大会加剧压水室内液体的环流运动、降低压水室的水力性能;泵的扬程随导叶扩散度的增加而减小,效率随导叶扩散度的增加先增大后减小,导叶扩散度K_d位于0.026~0.038之间时离心泵具有较高的运行效率。     

矿井主排水泵采用变频前置泵提高运行效率的研究

针对矿井主排水泵运行效率偏低且易出现汽蚀现象，严重影响使用寿命的问题，提出了一种可通过为主排水泵串联前置泵采用压入式补水的控制方案，且对前置泵进行变频控制，确保了排水系统工作于高效区内，取得了较好的应用效果。经试验对比发现，应用该技术后进一步提高了主排水泵运行效率，减轻了主排水泵的汽蚀现象，前置泵的变频控制进一步确保了主排水系统的压力可调，促进了矿井排水系统的节能增效。     

冲压泵水力参数对性能的影响

在其他参数和测试条件相同的情况下,通过调整冲压泵叶轮和导叶的单个水力参数,验证其对泵性能的影响。测试分析让我们掌握了泵扬程和效率会随着叶轮叶片出口角β2、叶轮出口宽度b2、叶轮叶片数Z、叶轮叶片进口角β1以及导叶出口角的不同而产生变化的规律。在设计时合理的设计参数有益于泵扬程、效率的提高,可优化泵的整体性能,降低对电动机功率的要求。选用冲压泵产品来验证各项参数对泵性能的影响,主要是基于冲压焊接制作工艺快捷方便,试样模具费用低,有利于样机的快速成形。     

基于CFX正交试验的深井离心泵导叶的优化设计

为提高深井离心泵的水力性能,针对100QJ16型深井泵,按照L9(34)正交表,选取空间导叶的进口冲角、包角、叶片出口安放角和叶片数等4个因素,每个因素取3个水平,设计出9个导叶模型,并分别与同一个叶轮装配。基于CFX软件,对两级模型泵进行了全流场数值模拟,获得9组方案在额定工况下的扬程和效率。采用极差分析法分析了各几何参数对扬程和效率的影响规律以及影响空间导叶性能的主要因素和次要因素。空间导叶进口冲角和叶片包角对两级泵的扬程和效率的影响较大。将优化方案进行了样机试验,其效率达到了设计要求。     

AP1000核电机组常规岛给水泵组前置泵国产化研究

针对引进日本三菱重工的一种用于AP1000核电机组常规岛给水泵组配套的前置泵,需要按照国内的工业标准及制造工艺对原型泵进行国产化研究。分析了原料制造的对比选择、产品关键部件结构设计等方面,提出了前置泵国产化的方案,并通过严格的产品性能试验,验证了国产化的前置泵在性能参数值、运行效率等方面均达到并优于原型泵。     

节段式多级离心泵的轴向力平衡

目前国内多级离心泵大多采用平衡盘平衡轴向力，在泵运行后期，随着泵叶轮、密封环、导叶的磨损，叶轮流道中心与导叶不对中使转子产生较大的轴向力，从而导致平衡盘原可平衡的轴向力无法平衡，影响机组的安全运行，介绍了一种新的轴向力平衡方法，采用平面推力球轴承来平衡轴向力。     

带有前置导叶离心泵空化性能的试验及数值模拟

为分析前置导叶对离心泵空化性能的影响,在不同流量下开展带有前置导叶离心泵的空化性能试验,得到无导叶、导叶预旋角(12(时的离心泵空化性能曲线.空化性能试验结果表明,离心泵的临界空化余量随流量的增大近似线性增大.基于均相流假设的完全空化模型,考虑空化流可压缩性的影响修正RNG κ-ε湍流模型,采用SMPLEC算法,数值求解雷诺平均的Navier-Stokes方程,模拟离心泵安装前置导叶前后不同工况下的全流道空化流动.计算得到的H-LBOSGa曲线与试验数据吻合较好,验证计算方法的准确性.基于数值模拟结果,分析不同工况下叶轮内部空泡体积率的分布规律,发现前置导叶预旋调节对离心泵叶轮空化性能的影响较小,并能有效改善叶轮进口流态,使压力分布更均匀.     

基于泵选型及系统设计的节能降耗措施探讨

通过研究泵的性能与运行特性、泵与电机及负载等各种相关因素的关系,分析其扬程、功率、流量与效率的关系及其在系统运行过程中的各类影响因素,提出相应的节能措施,以实现设备的合理选型、系统的匹配和调节,从而提高泵在实际运行过程中的整体节能水平。     

高比转数蜗壳式混流泵的设计与试验

采用线性分布的轴面流线速度环量和叶片角度变化规律来设计叶轮,采用圆弧翼型进行固定导叶的设计,蜗壳断面采用非对称断面,进而设计了一叶片可调比转数为564.3的蜗壳式混流泵。应用FLUENT对该泵的内部流动进行了数值模拟并根据模拟结果进行了能量性能预测。内流模拟结果显示该泵内部流动均匀,性能预测结果表明该泵可以满足设计要求。真机性能测试表明该泵在叶片角度为0°时最高运行效率达85.76%,在设计点运行效率要比设计要求高约3%。研究结果对于更高比转数蜗壳式混流泵的设计具有比较重要的指导作用。     

基于CFX的导叶与叶片间距对泵装置性能改变的研究

基于CFX采用数值模拟方法计算轴流泵导叶进口边与叶轮叶片出口边的平行间距S的变化对泵装置性能的影响。在质量守恒定理和动量守恒定理的基础上,应用Navier-Stoke方程和标准k-ε湍流模型,通过对轴流泵全流道三维湍流数值模拟,求解了导叶出口处的速度场和压力场。分析了S=9mm,S=12mm,S=15mm 3种情况下,流量、扬程、功率和效率的关系,研究了轴流泵导叶进口边与叶轮叶片出口边的平行间距的变化对泵装置性能的影响。     

二回路主循环钠泵叶轮与导叶叶片数匹配规律对水力性能影响的数值研究

本文利用CFD软件针对二回路主循环钠泵叶轮与导叶叶片数匹配关系对水力性能的影响进行数值模拟的理论研究。以本公司水力库中水力模型的模型泵为研究对象,基于此泵的要求及几何参数,拟定了叶轮叶片数和导叶叶片数的多种匹配方案,选出了三种较好的匹配方案,通过数值方法计算出三种方案的水力性能,结果表明叶轮叶片与导叶叶片数以6比10匹配的水力性能最好,并用水力模型对此进行了试验验证。