叶轮后密封环直径加大量对轴向力特性的影响

以300QJ230-40/2型潜水泵为研究对象,以清水为介质,采用标准k-ε湍流模型在多重参考系下对该泵全流道进行了定常不可压数值模拟,获得了外特性和轴向力预测值,并绘制了性能曲线和轴向力随扬程变化的关系曲线;采用机械法对该泵轴向力进行了试验测量,并将模拟值与试验值进行对比分析.结果表明:在0.8Q_sp~1.2Q_sp(对应扬程为46~36 m)的工作区域,泵性能和轴向力的数值计算结果与实测结果基本吻合.在叶轮前密封环直径、平衡孔直径及数量不变的条件下,在叶轮后密封环直径加大量Δr_m≠0时,对该潜水泵进行了全流道数值模拟和轴向力数值计算,绘制了不同后密封环直径下泵轴向力随扬程变化的关系曲线,结果表明了加大后密封环直径能有效地减小轴向力;绘制了轴向力系数与比面积关系的无因次曲线.     

基于CFD的潜水泵有无背叶片转子轴向力计算与分析

潜水泵的轴向力平衡是一个关键问题,现有轴向力平衡方法很多,将以在有无背叶片两种条件下,采用CFD软件Fluent6.2对BQS100-60-37泵进行数值模拟,得出有无背叶片时叶轮的水压力分布,准确的计算出转子所受的轴向力。计算结果表明：在无背叶片的情况下,轴向力的方向与进口流速的方向相反,有背叶片时,轴向力的方向与进口流速的方向相同,背叶片具有平衡轴向力的作用。     

简讯

“新型深井离心泵的研究开发与产业化”荣获中国机械工业科学技术二等奖本刊讯江苏大学流体机械工程技术研究中心研制的新型深井离心泵荣获2006年度中国机械工业科学技术二等奖。这种新型深井离心泵应用了深井离心泵极大直径设计法、反导叶导流壳三维曲面设计法及叶轮轴向力自动平衡等专利技术和新技术,具有如下优点:功率曲线平坦,高效范围宽,单级扬程比国内外同类产品提高30%~50%,泵体总长和重量都减少1/3左右,叶轮轴向力自动平衡等,综合技术指标达到国际先进水平,是井用潜水泵和长轴式深井离心泵的更新换代产品,具有广阔的推广应用前景。(…     

离心泵叶轮平衡孔液体泄漏量特性试验

在3BA-6型单级单吸离心泵上,通过更换不同直径平衡孔叶轮的试验,测量了叶轮后密封出口压力、泵进口压力,得出了平衡腔内液体压力、泵进口压力与泵扬程的试验曲线。据此计算得到了平衡孔液体泄漏量特性曲线。在设计工况下,比较分析了当平衡孔直径不同时平衡孔液体泄漏量理论曲线与试验曲线。实测泵轴向力曲线表明依据平衡孔泄漏量特性曲线计算得到的轴向力曲线,可以满足工程计算需要。     

深井离心泵叶轮极大直径设计法

针对深井离心泵外径受井径限制的结构条件,研究了一种深井离心泵叶轮极大直径设计法,其特点是将叶轮前盖板直径扩大到泵体内壁边缘,使叶轮直径在相应的井径条件下达到极大值,它与反导叶导流壳配套,可以使泵体轴向长度减短到极小值.应用这种创新的设计方法,可以使相同规格的井泵单级扬程提高50%左右,生产成本降低1/3左右.详细介绍了这种井泵设计方法的基本理论与叶轮设计计算步骤,并通过流场的数值模拟,论证了其设计的合理性;通过样机试验,证明了这种设计方法不仅可以提高井泵的单级扬程,还可以提高水泵效率,实现深井离心泵全扬程无过载运行.     

新型深井离心泵轴向力的数值计算及平衡分析

在两种密封条件下,采用商用CFD软件Fluent 6.0对100SJB8型泵的多个模型作流场计算,得到两种条件下叶轮表面的压力分布,准确计算出叶轮所受轴向力。对100SJB8型泵,在端面密封完全关闭的情况下,轴向力由进口指向叶轮后盖,即沿着推开端面密封的方向;在端面密封有0.5 mm间隙的情况下,轴向力由后盖指向叶轮进口方向,即令端面密封闭合的方向,达到自平衡叶轮的要求。同时,通过多个模型计算的结果对陆伟刚等推导的SJB型泵的平衡判别式作了分析,结果表明判别式在大多数情况下与计算符合。     

离心泵轴向力计算方法研究与试验验证

准确计算平衡腔液体压力是开平衡孔双密封环叶轮离心泵轴向力计算的关键技术.在设计工况下平衡腔液体压力数学模型计算中,引入了泵腔液体压力损失修正系数,解决了有液体泄漏时泵腔进口与后密封环进口液体压力差的计算问题.以降速后的IS80-50-315型离心泵为例,采用改变叶轮平衡孔直径和后密封环间隙来改变比面积的方法,研究了设计工况下平衡腔液体压力数学模型和轴向力的特性.研究结果表明,设计工况下平衡腔液体压力数学模型特性曲线,可以解决轴向力计算中平衡腔区域叶轮后盖板液体压力差计算这一关键问题;平衡腔液体压力是由平衡孔和后密封环构成的2道“闸阀”协联调节的结果,从控制轴向力角度,可通过轴向力特性曲线寻求叶轮平衡孔直径与后密封环间隙的最佳比值.用2个测试实例,验证了应用设计工况下平衡腔液体压力数学模型计算轴向力的可靠性.     

后密封环直径对离心泵轴向力特性的影响

为了研究叶轮后密封环直径大小的变化对离心泵平衡腔液体压力和轴向力的影响,对泵进行了全流道三维建模和仿真模拟;经对比发现,离心泵性能的数值模拟与试验测试结果基本吻合.在此基础上,对泵后密封环直径90~140 mm范围内泵扬程、效率和轴功率进行预测,研究泵设计工况下,后密封环直径对平衡腔内液体压力沿轴向和径向的分布规律,及其对轴向力的影响,并绘制出扬程系数与轴向力系数的量纲为一关系曲线.结果表明:同一流量工况下,增大后密封环直径时,泵扬程降低,效率降低,轴功率提高,且后密封环直径越大,其对泵性能的影响越显著;同一后密封环直径下,平衡腔内液体压力沿轴向基本保持不变,压力由泵轴至密封环出口处沿径向增大;轴向力系数曲线是非线性曲线,当K减小时,轴向力系数逐渐增大,当K为0.25时,轴向力几乎为零,此时泵的轴向力平衡能力最优.     

深井离心泵轴向力数值预测与试验

轴向力的预测和平衡是多级泵设计和优化中的重点和难点。以150QJ20型深井离心泵为例,在Fluent中采用标准k-ε湍流模型、SIMPLEC算法、二阶迎风方程,对包含叶轮、导叶在内的两级深井离心泵进行了全流场数值计算,对不同工况下的泵效率、单级扬程和单级轴向力进行了预测。随后对样机进行了外特性和轴向力的试验测量。将数值模拟结果与试验结果对比,分析了预测值与试验值的差异,结果表明利用数值模拟方法可以较为准确地预测深井离心泵的外特性和轴向力。     

叶轮背叶片形状对熔盐泵性能的影响

为了研究叶轮背叶片形状对熔盐泵外特性、轴向力、内部流场的影响,以一台立式高温熔盐泵为研究模型,采用Creo建立了背叶片前弯叶片、后弯叶片、倾斜叶片以及径向直叶片等4种结构不同的叶轮背叶片盖板模型,并采用标准k-ε湍流模型对4种方案下泵外特性、内流场以及轴向力进行了数值模拟,重点分析了叶轮背叶片形状对泵轴向力的影响.结果表明:设计工况下,叶轮背叶片形状对熔盐泵的外特性影响较小;前弯叶片在叶片外侧出现了明显的低压区;前弯叶片和后弯叶片对熔盐泵内的水力损失影响较小;背叶片对平衡轴向力有重要的作用,4种形状的背叶片在叶片数为6时平衡轴向力的效果均较好,最多可平衡48%的轴向力.从提高效率方面考虑,熔盐泵叶轮背叶片可采用后弯叶片;从平衡轴向力方面考虑,可采用径向直叶片.     

基于CFD的离心泵轴向力计算与试验

离心泵特别是高压多级泵的设计中,轴向力的预测是一个关键的问题.现有的2种轴向力预测方法,试验测量耗费时间和财力,而采用经验公式计算,其精度及适用性又较差.本文以CFD技术为基础,对一台井用潜水泵内部流场进行数值模拟,得到泵轴轴端及叶轮表面的压力分布,从而预测出泵的轴向力.对泵样机进行轴向力试验,得到其全工况下的轴向力分布.比较泵主要工况下预测值与试验值,结果较为一致,且预测值最大误差小于10%.     

水泵的轴向推力和径向推力

水泵在运行中,会产生轴向和径向推力,其原因、危害及消除方法是什么呢?1水泵的轴向推力水泵的轴向推力包括轴向水压力和水冲力两种。(1)原因和危害　轴向水压力,是由作用在叶轮前后轮盘上的水压差产生的;水冲力是由水流从轴向进入叶轮时,冲到叶轮上产生的。它们可引起叶轮和泵壳相磨,打坏轴承等(2)消除方法　①开平衡孔,在后轮盘开几个小孔,使后轮的高压水经过小孔流向进水侧,以降低轴向水压力;②装设平衡盘,防止叶轮向左右移动,使轴向推力得到平衡,保持叶轮正常位置;③沿后轮盘半径方向均匀加设几片肋板,当叶轮旋转时,后轮盘和泵壳间的水被…     

离心泵平衡孔平衡轴向力方法的研究与探讨

以离心泵平衡孔轴向力平衡装置为研究对象,利用计算机数值模拟分析技术和试验技术相结合的方法.对平衡孔位置、平衡孔面积与平衡轴向力效果和泵外特性的关系进行了深入研究,并对研究结果进行了分析.为提高轴向力平衡装置的综合效果,提出了减小平衡孔大小、适当增加后密封环直径（相对前密封环）、平衡孔靠近叶轮轮毂等设计方法措施.     

叶轮前盖板与泵体轴向间隙对轴向力的影响

为了研究一种新型结构的离心泵叶轮前盖板与泵体轴向间隙对轴向力的影响,首先采用传统理论计算方法得到泵的轴向力,然后基于CFX软件,采用RNG k-ε湍流模型和高阶算法,对离心泵进行全流场数值模拟.通过改变叶轮前盖板与泵体轴向间隙方法,获得泵设计工况下的外特性、轴向间隙之间静压变化及转子部件轴向力,研究泵外特性、轴向力随叶轮前盖板与泵体轴向间隙的变化情况和变化规律.通过数值模拟计算研究表明:在设计工况下,随着离心泵叶轮前盖板与泵体间隙的增加,泵的扬程和效率逐渐减小;叶轮、背叶轮和副叶轮内的静压变化很小,叶轮前盖板与泵体轴向间隙内的静压变化明显;泵的轴向力先增大后减小.扬程数值模拟和试验结果误差为0.84%,轴向力理论计算和数值模拟的最大误差不超过5.75%,说明数值模拟的方法验证了用经验公式计算新型泵所受轴向力的准确性.     

SDZ310型超高压多级离心泵的结构特性

针对目前多级离心泵转子轴向力难以平衡以及级间密封长期运行易损坏的问题,通过对SDZ310型超高压多级除磷泵的结构特性进行研究,设计了一种节段式自平衡双壳体多级离心泵.该泵的转子部件上叶轮对称布置,自动平衡转子部件上的轴向力,使其具有较长的寿命和可靠的运行性能.特别解决了除磷泵在除磷工况下运行时,由于频繁变化的工况导致的转子部件的轴向力频繁变化,进而使其难以平衡的难题.通过一种带节流阀式的集中式供油及回油系统,使得该泵能够满足长时间运行时的润滑和冷却的需求.采用由镀铬精密研磨而成的螺旋反抽密封,能够保证该泵在运转过程中级间无泄漏,保证泵的容积效率,进而提高了整机效率.     

减小叶轮后盖板直径的轴向力试验

为平衡离心泵叶轮的轴向力,进行了减小叶轮后盖板直径的轴向力试验研究.在假设叶轮周围液体具有不同的液体圆周角速度的基础上,推导出减小叶轮后盖板直径的叶轮轴向力计算公式.通过三组不同后盖板直径的叶轮轴向力计算值与实测值的对比,确定了叶轮周围各处液体圆周角速度的修正值分别为a=0.65,b=0.95,c=0.45,即当叶轮以角速度ω旋转时,叶片外径斜面处的液体圆周角速度为0.65ω,在切除叶轮后盖板的区域内,液体圆周角速度为0.95ω,在叶轮盖板外侧的液体圆周角速度为0.45ω.并验证了推导的叶轮轴向力计算公式基本正确,从而为采用减小叶轮后盖板直径以平衡叶轮轴向力的方法提供了理论依据和实用的计算公式.     

径向导叶式潜水泵内部流动与非定常特性研究

为了更全面地研究潜水泵的内部流动特性与非定常特性,现以一台径向导叶式潜水泵为研究对象,基于CFX对其进行计算及分析。结果表明:该泵有较好的无过载性能;从叶轮进口至导叶过渡段的压力逐渐增大,在大流量工况下,叶轮流道稍微偏离进口处存在极低压区。叶轮叶片工作面处出现覆盖约半个叶片的低速区,随着流量增大,该低速区逐渐消失。叶轮与导叶的动静干涉是影响叶轮径向力、轴向力以及叶轮导叶压力脉动的重要原因,随着流量增加,叶轮的平均径向力与平均轴向力都逐渐增大,并且波动幅值也逐渐增加;叶轮压力脉动的主频为轴频的7倍(7APF),导叶内的主频由正导叶内的4APF逐渐变化到过渡段与反导叶内的7APF。     

拉杆结构深井泵的设计

简述了在拉杆结构的SJB型深井泵中,将叶轮前盖板直径扩大到泵体内壁边缘,在同样的井径条件下使叶轮直径达到极大值;同时采用导叶进口边扭曲的反导叶型式,使泵体轴向减短的同时减小导叶进口损失。SJB型井泵的单级扬程比原QJ型井泵提高50%左右,生产成本降低1/3左右。     

反渗透海水淡化用提升泵的设计

针对提升泵存在轴头力过大的问题,采用调整口环直径、前盖板加装辅助叶片、降低转速等方法进行轴向力平衡,对于2500 t/d反渗透海水淡化的提升泵,通过降低转速增加叶轮尺寸的方法来平衡轴向力使结构更趋合理.结合反渗透海水淡化的工艺流程,提出提升泵性能参数的确定方法.鉴于提升泵入口高压的运行环境,选择单级悬臂、双蜗壳、三推力轴承组合结构形式,采用较粗的轴径和较小的悬臂比,提高系统的稳定性.应用新型的上游泵送机械密封,通过100 h的运转试验,在较高的压力环境下运行,仍能保持良好的密封性能,且断面无接触,磨损量小,解决了高压环境下轴封反复失效的问题.     

平衡孔直径对离心泵叶轮进口流态的影响

为研究平衡孔直径对离心泵叶轮进口流态的影响,在降速后的IS80-50-315型离心泵上,用平衡孔直径d分别为0,4,6,8,10 mm的同一个叶轮,对离心泵的扬程、效率和轴功率进行预测,研究泵在设计工况、不同平衡孔直径时叶轮进口处速度矢量和压力的分布情况,并监测叶轮进口处的压力脉动特性.结果表明:加大叶轮平衡孔直径,泵的扬程与效率下降、轴功率提高,且在小流量工况下泵扬程变化更为明显;随着平衡孔直径的增大,平衡孔内液体流速减小,对叶轮进口流体的冲击作用逐渐减弱,叶轮进口处压力变得均匀,在一定程度上改善了泵的抗汽蚀性能;随着平衡孔直径的增大,叶轮进口主流区的压力脉动幅值减小,在一定程度上稳定了压力脉动幅值的变化,改善了其不稳定特性;平衡孔直径增大时,叶轮进口区平均静压变化逐渐稳定.研究成果为离心泵叶轮平衡孔直径的选择提供了参考.