八级离心泵转子临界转速分析

针对多级离心泵扬程高、转速高的特点,应用转子动力学对该泵的运行可靠性进行了研究。采用数值模拟的方法对整个转子振动模态进行分析,得到转子5阶固有频率和相应振型图。以转子部件固有频率作为基础,计算得到转子部件的"干"临界转速。通过流固耦合的研究方法,分析有预应力的模态计算,得到转子部件的"湿"临界转速。研究结果表明,相同阶时"湿"临界转速小于"干"临界转速。转子部件一阶"湿"临界转速为5 074 r/min,远大于实际额定转速的2 980 r/min,表明所设计的泵转子符合结构动力学设计要求。     

带预应力的高速离心泵转子模态分析

高速离心泵被广泛应用于炼油、石油化工和航天技术等领域.但随着转速的提高，对高速离心泵的运行稳定性和可靠性要求越来越高。因此，通过CFX对高速离心泵进行定常流场分析，将分析结果通过相应的接口导入ANSYSWORKBENCH中进行单向流固耦合分析，计算出高速离心泵转子在空气中、水中受流固耦合作用力时的临界转速和振型，对高速离心泵的优化设计、稳定运行和防止事故发生具有重要意义。结果表明：高速离心泵正常运行时的转速小于其临界转速，因此不会发生共振。在叶片中最大等效应力出现在叶片的出口处，流固耦合作用力降低了高速离心泵转子的一二界固有频率。重力和离心力在一定程度上降低了高速离心泵的临界转速，但影响很小。     

基于有限元法的水轮发电机组临界转速研究

研究水轮发电机组的临界转速对于其故障诊断与结构优化具有重要意义，但由于现场试验困难、工况与边界条件复杂，使得临界转速的高精度求解成为难题。以某水电站的二导悬式水轮发电机组为例，采用大型通用有限元分析软件ANSYS，综合考虑各类轴承边界条件的耦合作用，基于流体润滑Reynold方程建立轴承动力特性参数的计算模型，求解水导、上导、推力轴承的刚度与阻尼，以此为基础分别构建无机械故障、转子或转轮质量偏心、联轴法兰不对中的三维有限元分析模型，随后考虑陀螺效应进行转子动力学分析，采用QR Damped法提取模态，并绘制Campbell图求得临界转速从而分析轴系动力学特性。结果表明，正常工况下机组飞逸转速远小于第一阶临界转速，其动态性能满足设计要求，且在转子或转轮质量偏心、联轴法兰不对中等工况下临界转速受到的影响很小，机组依旧能够保持稳定运行。     

万吨级反渗透海水淡化高压泵级数的优化选择

反渗透海水淡化高压多级离心泵为新型轴向吸入节段式多级泵．为了提高其效率以及转子系统的稳定性,利用ANSYS有限元分析软件,对不同级数的海水淡化多级泵转子-轴承系统进行了模态分析,计算了转子系统的临界速度,研究了临界转速与级数的关系以及对数衰减率与级数的关系,并结合多级泵效率与级数的关系,讨论了海水淡化高压泵级数的最优选择．综合转子系统的稳定性和效率两方面因素,海水淡化用高压多级泵选用6级较为合适．可为设计过程中对参数的合理选择提供一些参考依据．     

多级离心泵临界转速及模型减缩分析

以多级离心泵转子为研究对象,采用商业软件分析了密封动力特性系数,并将密封动力特性系数考虑到湿态临界转速分析中。基于ANSYS软件建立了多级离心泵三维转子有限元模型,计算了干态和湿态情况下的临界转速。计算结果表明,考虑密封动力系数后湿态情况下,前3阶临界转速大于干态,第1阶临界转速为4 738 r/min,远大于工作转速2 980 r/min,临界转速满足设计要求。同时针对三维模型自由度多等特点,采用APDL程序对湿态下离心泵转子模型进行减缩,考虑了旋转陀螺效应和离心预紧力的影响。结果表明,模型自由度减缩了68%,临界转速最大误差为0.17%,稳态不平衡响应计算结果与原模型基本相同。     

多级离心泵转子固有频率影响因素的比较

为了有效改善多级离心泵转子系统的临界转速问题,利用转子动力学理论结合有限元分析方法,分析比较了几种不同因素对多级离心泵转子固有频率（可转化为临界转速）的影响,同时利用实体模型进行了振动模态数值分析,给出了相应的弯振和扭振阵型图．定量地比较了流固耦合作用和旋转软化效应对转子固有频率的影响,给出了影响转子临界转速的因素与优化方法,并将数值计算结果与试验结果进行了比较．分析表明准确地简化支承,并合理地确定支承刚度、阻尼矩阵是精确计算临界转速的必要前提;流固耦合作用对叶片产生的液体力相当于对叶轮添加了虚质量的缘故,而旋转软化通过科里奥利效应起作用;多级离心泵转子的干临界转速与湿临界转速差别较大,计算值与试验值基本一致．ANSYS 数值模拟具有一定的准确性,为多级离心泵的转子的设计提供了一定的参考．     

核电站离心式上充泵多工况水力设计

离心式上充泵为多级双壳体结构,根据核电站系统要求,其水力性能需同时满足5个工况点.为实现上充泵多工况水力设计,在系统总结离心泵非设计工况研究进展的基础上,提出了多种叶轮水力设计方案优化组合与叶轮多工况水力设计相结合的技术,并进行了上充泵多工况水力设计实践.利用多级离心泵叶轮组合原则对上充泵所要求的多工况点进行拆分,得到不同叶轮性能曲线优化组合设计方案,分别进行首级叶轮、2-4级叶轮和5-12级叶轮水力设计.按照设计方案制造4级泵样机（转速2 950 r/min）,并进行性能试验.试验结果换算到4 500 r/min与规定值对比表明,有4个工况点满足要求,大于规定值2.6%;仅最大流量工况扬程偏低,低于规定值11.8%,实现了多工况水力设计目的.     

多级离心泵级间密封动力学特性研究

密封力学特性对于多级离心泵转子运行稳定性,泵机组减振降噪等具有重要意义。为了探究迷宫密封结构对转子运转性能的影响,对不同密封齿高、密封齿距及密封齿厚的密封刚度系数、阻尼系数进行了计算,研究了不同结构的迷宫密封对转子1阶临界转速的影响。结果表明平面密封比迷宫密封具有更好的密封力学性能;直接刚度和直接阻尼随着密封齿高的增加而降低,而交叉刚度与交叉阻尼的变化较小;密封齿高对转子的1阶临界转速的影响较大,临界转速随着密封齿高增大而呈先减小后增大的趋势,当密封齿高大于1 mm后,临界转速变化趋势不明显;而密封齿距及密封齿厚对迷宫密封的密封力学性能及临界转速的影响较小。     

考虑轴承及密封的水电机组轴系特性分析

水轮发电机组轴系的转子动力学特性对机组振动特性和稳定性有很大的影响。基于弹性支承的刚性转子模型,并在充分考虑轴承油膜动力特性和转轮密封处的刚度和阻尼作用下,模拟在实际运行条件下的上、下导轴承,水导轴承及考虑转轮密封处的等效刚度和阻尼,对某高水头混流式机组轴系的弯振、扭振及轴系的稳定性3个方面进行计算分析。计算得到机组在额定转速和飞逸转速运行时的临界转速及对数衰减和临界阻尼比,客观地反映描述了机组运行过程中的轴系特性。     

高压多级离心泵转子系统的不平衡响应特性

针对高压多级离心泵转子系统质量不平衡问题,采用有限元分析方法计算了水润滑轴承支撑的转子系统的模态,并对转子系统不平衡质量的位置和分布进行了分析和优化.数值计算结果表明,采用两端水润滑轴承支撑的高压多级泵转子系统,根据第一阶临界转速的判定原则证明其为稳定的刚性转子系统;在设计转速下,不平衡质量施加在转子不同位置时,泵入口端水润滑轴承节点振动幅度变化较大,其对不平衡敏感程度较高,而出口端水润滑轴承附近节点振幅变化较小,且前3级叶轮的剩余不平衡质量对轴系不平衡响应具有较大影响;通过优化组合叶轮和平衡盘的平衡精度等级,找到了两端轴承振动幅值较小的方案,当前两级叶轮采用G2.5级、其他叶轮和平衡盘采用G6.3级平衡精度时,泵进口端水润滑轴承节点的振动幅值明显降低,且泵出口端轴承节点的振幅变化较小,成功应用于高压多级离心泵的设计,满足了工程应用要求;在不同转速下,泵入口端水润滑轴承比出口端对不平衡响应更为敏感,建议入口端轴承采用更耐磨的材料.优化结果可为新型多级离心泵转子系统稳定运行提供理论依据和参考.     

离心泵叶片反问题设计

研究了中等比转数离心泵叶片反问题设计问题,解决了叶片造型、滑移修正和流动控制等３个重要问题,介绍了反问题设计过程,给出了具体计算实例,计算表明,叶片反问题设计对叶轮内部流动具有可控性,有利于叶片形状的优化。     

不同进水压力下水润滑轴承润滑特性试验研究

针对海水淡化高压泵水润滑轴承-转子系统在运行过程中由于进水压力的改变而带来的安全、可靠和稳定性等问题,以轴心轨迹以及周向压力脉动为主要研究目标,对干、湿转子在不同进水压力下水润滑轴承轴心轨迹数值模拟,并通过前期设计研制的海水淡化高压泵用水润滑轴承试验台对干、湿转子在不同进水压力下水润滑轴承运行过程中轴心轨迹及周向压力脉动进行试验研究.从计算和试验结果的总体变化趋势可以得知,进水压力对干转子情况下液膜形成的影响较大,而湿转子由于转子系统阻尼因素影响,进水压力对轴心轨迹影响变小,但整体变化趋势与干转子变化趋势相近,对系统整体而言在进水压力为0.2 MPa时,系统运行较为稳定,文中为进一步提高万吨级海水淡化高压泵系统稳定运行能提供了一定的研究基础.     

基于泵阀联合调节的并联离心泵组高可靠性优化

针对离心泵常见的“大泵小用”问题,在常规多泵PID变频供水系统的基础上,通过优化投入运行的离心泵的数量和适当关小控制阀的方法提出了1种可以在一定程度上改善离心泵偏工况问题的方法.搭建了1套3台离心泵并联泵组试验台,并进行了测试.试验结果表明,文中提出的方法能够以增加一定的能耗为代价,在一定程度上改善离心泵的偏工况运行情况,提高离心泵的可靠性.当偏工况情况过于严重时,采用控制阀调节工况点的方法将会大大增加管路阻力,牺牲大量的能源,使得此方法欠缺经济性.当取消控制阀的作用仅保留泵数优化时,文中方法能够同时实现节能和一定程度上改善偏工况程度,但整体偏工况程度依然较严重.实际工程中可结合具体应用中对能耗与可靠性的权重倾向进行合理选择.     

离心泵水力诱导激振试验研究

离心泵的水力诱导激振影响泵的安全稳定运行。为了揭示离心泵水力诱导激振特性,以一台单叶片离心泵为试验对象,采用两个垂直布置的涡电流位移传感器测量离心泵空转及抽水时叶轮口环的瞬态位移,获得了叶轮口环瞬态位移的时域图、频域图以及口环位移轨迹图。基于霍尔感应器的键相信息,采用华科水力机械综合测试仪获得了离心泵在不同流量工况的水力诱导激振特性。试验结果表明,离心泵空转及抽水时时域图、频域图相似,波形均为周期性重复的畸变正弦曲线,主频均为叶轮转频,口环位移轨迹图均为畸变的椭圆形,但抽水时口环位移幅值有所减小。离心泵的水力诱导口环位移轨迹图在不同流量工况下均为畸变的椭圆形,在210°~300°之间出现一个突变区域,水力诱导激振在小流量工况显著增强,在额定工况及大流量工况水力诱导激振基本不变。     

双吸离心泵叶轮交替加载设计方法

双吸离心泵内部的压力脉动是影响机组运行稳定性的关键因素之一。为了减轻压力脉动,分析了引起双吸离心泵压力脉动的主要原因,研究了不同类型的叶片载荷曲线对双吸离心泵流态的影响,建立了叶片加载方式、叶片出口倾角和叶轮交错角与泵内二次流及压力脉动的关系,提出了能够抑制二次流、降低压力脉动的叶轮交替加载设计方法。在新的设计方法中,叶片载荷曲线具有盖板前加载、轮毂后加载的混合加载模式。基于该方法所生成的双吸叶轮具有轮毂两侧交错布置、叶片出口边正向倾斜、盖板和轮毂包角差小的特点。通过在一大型引黄灌溉泵站的试验表明,该方法可将双吸离心泵压力脉动主频的幅值降低到原来的1/5左右,同时还可改善泵的最优效率和高效区。该方法为大功率双吸离心泵的优化设计和更新改造提供了一种新的技术途径。     

核主泵内部流动研究现状与技术发展综述

核主泵是反应堆冷却剂系统中唯一高速旋转设备,是影响核电厂安全性和可靠性的最关键设备,其长时间高效、稳定、安全地运行对防止核电厂事故的发生极为重要.近年来,随着全球核电工业高速发展,核主泵的重要性引起广泛关注.核主泵作为一回路承压边界的重要组成部分,在启停、地震、海啸等瞬态和异常工况下,或发生卡轴、轴密封泄漏以及失去外动力等事故时,核主泵驱动冷却剂的循环能力与反应堆释热之间的平衡遭到破坏,严重威胁堆芯安全.各种复杂工况下核主泵关键部件及其关联系统的复杂性和高安全性,是核主泵设计和制造难度极高的主要原因.针对核电技术的发展历程开展论述,介绍世界主要三代核电技术和中国三代核电建设和发展现状,介绍了中国独立自主三代核电技术“华龙一号”HPR1000和“国和一号”CAP1400,并以CAP系列核主泵为例简要介绍第三代压水堆系统和关键设备,介绍了2种典型无轴密封形式的核主泵:屏蔽电机核主泵和湿绕组核主泵.针对核主泵的水力优化设计、全特性、事故工况下水动力特性、气液两相流动、空化特性、流固耦合等内部流动研究现状开展论述.核主泵的安全可靠极为重要,核主泵设计加工制造也极具挑战.因此对核主泵内部流动基础理论和关键技术进行深入研究,突破国外的技术壁垒,掌握自主知识产权的核心技术和关键技术,实现核主泵技术的跨越式发展,是当前中国急待解决的“卡脖子”难题.     

大流量自吸离心泵机组轴与曲轴的模态分析

为研究大流量自吸离心泵机组轴与曲轴的振动特性,基于ANSYS有限元分析软件对大流量自吸离心泵机组轴与曲轴的模态特性进行研究,分析了大流量自吸离心泵机组轴与曲轴前5阶振型图及固有频率,并对其各阶固有频率对应的临界转速进行研究.研究表明,大流量自吸离心泵机组轴在支撑间距以及形式的影响下,主要体现出扭曲振动,且第4阶发生了2次扭转变形,呈现对称变化分布.与此同时,大流量自吸离心泵机组轴的设计转速为2 200.00 r/min,而大流量自吸离心泵机组轴的最低临界转速达到2 848.07 r/min,高于实际转速2 200.00 r/min,从而避免了发生共振的可能.采用合理的结构设计可以有效地避免大流量自吸离心泵机组轴与曲轴发生共振,通过模态分析得到振型图和动画显示,清晰地展现出大流量自吸离心泵机组轴与曲轴的动态特性,为系统的安全运行、振动分析以及结构的优化设计提供重要的理论依据.     

叶片包角对高比转数离心泵性能的影响

为研究设计工况下叶片包角对高比转数离心泵性能的影响,以一台比转数为185的单级单吸离心泵为研究对象,在保证泵体和叶轮其他几何参数相同的前提下,将叶片包角分别设计为110°,115°,120°,125°和130°. 应用ANSYS CFX 14.5软件对离心泵内流场进行数值计算.结果表明:叶片包角对外特性有显著影响,包角过大,扬程和水力效率整体下降;当叶片包角增大到130°时,最佳效率点向小流量偏移近20%;同时,随着叶片包角的增大,叶轮进口低压区增大,更容易发生汽蚀;叶片包角从110°增大到115°时,蜗壳内流动更加平顺. 当叶片包角增大到125°时,隔舌附近出现明显的低速旋涡区,随着包角进一步增大,旋涡区域扩大且向出口处移动;此外,当叶片包角为120°时,各监测点的压力脉动幅值较低,说明对于动静干涉作用的影响,叶片包角存在一个最优值. 针对叶片包角为120°的模型泵进行了性能试验,对比发现数值计算的结果与试验结果趋势一致,表明数值计算方法是可信的,对高比转数离心泵水力设计具有一定的参考价值.     

基于CFD的离心泵叶片水力矩非定常特性

为研究离心泵叶片水力矩的非定常特性,利用CFD技术对XS50—160/7.5型离心泵内部流场进行三维非定常数值模拟,并通过离心泵能性能试验验证了数值模拟的有效性与准确性.通过模拟得到不同工况下叶片水力矩和叶片表面各监测点的压力脉动情况,并对其进行了分析.分析结果表明:在各工况下,叶片通过频率分量在叶片水力矩脉动中均占主导地位,泵轴转动频率分量在叶片表面压力脉动中均占主导地位;当频率大于叶片通过频率后,水力矩脉动强度与叶片表面压力脉动强度均相对较小;在设计工况下,叶片水力矩强度的RMS(均方根)值最小,偏离设计工况点越远,其RMS值越大,小流量工况和大流量工况下水力矩强度的RMS值相对于设计工况点近似对称分布;叶片压力面压力脉动强度大于吸力面压力脉动强度,叶片进口处压力脉动强度远小于叶片出口处压力脉动强度.