ZJ-200-25型螺旋离心泵转子静力学分析

为研究螺旋离心泵叶轮与转轴工作时的振动特性,以ZJ-200-25型双叶片螺旋离心泵为研究对象,建立了螺旋离心泵内部流场三维模型,并对其设计工况进行了数值模拟.建立转子部分的有限元模型,根据泵腔内流场压力分布,对转子进行了有预应力的静力学分析和模态分析,获得了转子的对载荷的响应信息、固有频率和对应的振型.结果表明：转子强度满足设计要求,应力最大的点位于叶片根部及轴肩处;转子为刚性,但其在工作时的叶片通过频率与前两阶固有频率比较接近,这说明转子的转速不尽合理,工作时产生共振的可能性较高.因此需要对螺旋离心泵转子结构进行优化设计,可通过更改轴承位置、重新设计轴向和径向尺寸以及更换轴的材料来实现.从而改变转子的固有频率,使固有频率能够避开泵内流动的激励频率,避免发生共振.     

海上平台立式长轴消防泵转子静力学特性分析

为了研究立式长轴消防泵转子的静力学特性,以XBC18-178-240LC3型号的立式长轴消防泵为研究对象.首先根据设计参数通过Creo建立了立式长轴消防泵内部流场的三维模型以及转子的物理模型,采用CFX对该泵在0.20Q_d,0.65Q_d,1.00Q_d,1.20Q_d,1.40Q_d和1.50Q_d这6种工况下进行三级泵内流场的定常数值模拟;然后把物理模型导入ANSYS Workbench中,并根据实际运行过程设置约束条件,根据模块耦合功能,将流场的模拟结果导入固体结构实现单向流固耦合,对转子模型进行了带预应力的静力学特性分析.结果表明:叶轮内部受到的流体载荷随叶轮级数增加而增大,随流量增加而减小;转子总变形量的最大值位于第三级叶轮后盖板的边缘处,等效应力与等效应变的最大值位于第三级叶轮后盖板边缘与叶片出口边的交点上,都随流量增加而减小;在0.20Q_d,0.65Q_d,1.00Q_d和1.50Q_d这4种工况下转子的最大等效应力为118.23 MPa,小于其许用应力250 MPa,符合强度要求;该泵的工作转速1 485 r/min小于其0.85倍的一阶临界转速,符合动力学设计要求.因此,在满足安全运行的工况下,XBC18-178-240LC3型号的立式长轴消防泵满足设计要求和使用要求.     

蜗壳结构对高温熔盐泵转子运行稳定性的影响

为了研究蜗壳结构对熔盐泵输送高温介质时转子运行稳定性的影响,设计了相同运行工况条件下的单蜗壳、双蜗壳双出液管结构的2种熔盐泵.利用ANSYS 软件对2种蜗壳结构熔盐泵的内部流场进行了非定常数值模拟,并分析了转子部件上的温度分布;将流场和温度场的计算结果同时加载到转子部件上,进行叶轮和轴上的流热固耦合分析,探讨了2种结构熔盐泵转子部件的应力、变形量和模态.结果表明:双蜗壳结构可以减小叶片表面的压力载荷,提高叶轮表面压力分布的对称性;单蜗壳熔盐泵叶轮和轴的最大变形量较大;而且单蜗壳熔盐泵转子部件在不同旋转角度下最大变形量变化较大,相比于单蜗壳熔盐泵转子的等效应力,双蜗壳熔盐泵叶轮的最大等效应力较大,但双蜗壳熔盐泵泵轴的最大等效应力较小;2种蜗壳结构流场条件下,转子部件运行时均满足结构强度要求.     

外环流转子泵转子与泵体间间隙的优化选择

通过外环流转子泵运转时泵的转子与轴的受力分析，建立力学模型，导出了该泵转子与泵体间的间隙计算式；依据N—S微分方程，推导出转子泵间隙的漏损公式。试验验证了间隙和漏损计算公式的实用性，为提高该泵的设计水平及性能提供了参考依据。     

基于流热固耦合的高温熔盐泵转动系统结构应力分析

基于ANSYS Workbench平台开展高温熔盐泵转动系统的结构应力分析,采用计算流体动力学软件CFX对泵内部全流场进行多工况定常数值计算,并通过试验对计算结果进行验证.综合考虑了高温熔盐泵的水动力载荷、离心力载荷、温度载荷等因素,建立了流、热、固耦合作用下动力学模型,研究不同温度下不同材料属性变化对高温熔盐泵结构性能的影响,并对高温熔盐泵转子部件进行应力分析.结果表明:在同一流量工况下,不同材料的叶轮叶片最大变形量均呈随温度的升高呈先增大后减小的趋势;同时,不同材料的叶轮形变程度基本趋于稳定,受流量影响不大;叶片工作面应力值大于叶片背面应力值,且不同温度工况下不同材料的叶轮背面应力值呈线性递减的趋势;叶轮等效应力最大位置主要集中在叶轮出口处叶片和前、后盖板接触的区域;经过变形及强度综合分析,表明3种不同的不锈钢材料中316L材质的叶轮力学性能最好.研究结果可为高温熔盐泵的结构设计提供一定参考.     

复杂工况下深海采矿混输泵有限元分析

采用流固耦合及有限元方法对布放和混输等复杂工况下3级深海采矿混输泵进行强度计算,分析了泵内流场分布、转子部件应力应变及临界转速,并进行了500 m级深海采矿混输系统海上试验.结果表明:设计流量下,混输泵的计算扬程为124.30 m,相对误差为0.27%;布放工况时,混输泵最大变形仅为0.365 mm,最大应力为73.971 MPa;混输工况时,泵最大变形为0.315 mm,最大应力为58.86 MPa;转子部件前3阶模态仅沿泵轴方向变形,并未发生扭曲,而后3阶模态呈“S”形扭曲变形;转子部件1阶固有频率对应临界转速为2 476 r/min;海试布放过程中混输泵安全可靠,混输工况下泵稳定运行时长超过57 h,实现了2次24 h连续无故障运行,且矿石颗粒体积浓度达到11.7%.     

电动喷雾器用高效低噪双作用滚柱转子泵研制

分析了手动喷雾器与电动喷雾器各自的优缺点,介绍了国外电动喷雾器用泵的类型及其特点.针对电动喷雾器用泵的不足之处,提出了一种拥有自主知识产权的创新型双作用滚柱转子泵.阐述了双作用滚柱转子泵的工作原理是利用滚柱与定子内壁的滚动摩擦来代替传统的滑动摩擦,从而减少了摩擦损耗;同时其双进双出的双作用对称式结构,改善了转子与轴的径向受力不平衡问题,延长了产品使用寿命.对定子型线中过渡曲线采用八次曲线进行设计,提高了产品可靠性.经检测及与其他同类产品相比较,得出该种电动喷雾器用双作用滚柱转子泵具有高效率、低噪声的特点.     

非接触式转子泵优化设计

以转子形状参数为变量,以流量和转子腔体积最小为设计目标,考虑齿轮腔和转子腔结构的有关约束,建立了非接触式转子泵的优化设计模型,给出了优化设计步骤。实例分析证明,该方法可以在保证泵体积小、齿轮腔与转子腔结构协调的情况下,满足有关结构和性能参数的设计要求。     

大功率高压离心泵的优化设计

针对大功率高压离心泵高扬程、大流量、高转速以及高运行可靠性的要求,从水力模型设计、转子动力学设计、高压承压元件安全设计3个方面对大功率高压离心泵进行研究.在水力设计上,应用CFD技术对泵的过流部件进行优化并考虑泵内间隙流动对整个转子系统的动力学影响,完成泵的水力模型设计;在转子动力学设计上,通过对机组轴系扭振特性和临界转速分析并考虑泵的实际工况引入＂湿＂临界转速以保证转子的刚性化设计和机组的运行可靠性;在高压壳体设计中,引入压力容器的设计理论,采用基于应力分类的大型高压离心泵承压件的优化设计并进行三维数值模拟完成高压壳体的安全设计.在3 800 kW高压泵上运用以上技术,结果表明,所设计的泵符合要求,该技术对国内研发大功率高压泵具有参考意义.     

基于Hyperworks的客车车架有限元分析

以某客车车架结构为研究对象,利用Hyperworks软件建立车架有限元模型,根据对此模型的受力情况分析,施加了模拟的约束和载荷条件,计算了四种不同典型工况下此车架的强度和刚度。结果显示,急转弯和紧急制动工况的应力满足要求,但弯曲和扭转工况下的最大应力略大于材料的屈服强度。最后,根据计算结果预测出车架的薄弱处并提出合理建议,为车架的结构优化改进提供理论依据。     

基于CFD的球阀三维流场数值模拟

为了探索新型转子式油气混输泵出口球阀内流场规律,建立球阀流场的三维模型,利用Fluent软件,将标准k-ε湍流模型与多相流技术相结合,采用SIMPLE算法,对新型转子式油气混输泵出口球阀内的三维气液两相流场进行数值模拟.在容积含气率为25％,50％,75％的不同工况下,通过对球阀开启高度分别为3,5,7 mm时的速度场、压力场与气液相分布的分析,探讨在气液混输过程中阀的开启高度及不同气液比对阀内流场的影响规律.模拟结果表明:球阀开启高度越大,阀球上下压差越小;阀隙流速随着开启高度的增大而减小.在气液混输过程中气相介质主要靠近阀球壁流动,同一开启高度下气液比对阀隙流速的影响较小.研究结果直观展现了球阀内流场形态,在一定程度上揭示了气液两相介质在阀内的流动规律,为新型转子式油气混输泵出口球阀的设计与优化提供理论指导.     

箱涵式双向立式泵装置性能试验与流场分析

【目的】探究箱涵式双向立式泵装置性能与导叶体对泵装置效率的影响。【方法】以江苏省江边枢纽泵站的箱涵式双向立式轴流泵装置为研究对象,采用物理模型试验方法对箱涵式双向立式轴流泵装置模型开展了能量性能、汽蚀性能及飞逸性能试验,并采用数值模拟技术分析了泵装置内部流动特征。【结果】①排水工况设计扬程1.55m时,叶片安放角-6°下箱涵式双向立式轴流泵装置的效率为57.24%。②引水工况设计扬程1.75 m时,叶片安放角-6°下箱涵式双向立式轴流泵装置的效率为60.77%。③在运行扬程1.75～3.95m范围内,轴流泵的临界汽蚀余量均不超过8.0 m,满足最低淹没深度要求。【结论】经导叶体数值比选,在设计流量时采用扩散导叶体的泵装置效率高于采用直导叶体的泵装置。各工况时箱涵式双向进水流道内流场的前部流线平顺,在双向进水流道的盲端处,流速很小,表现为运动缓慢的回流区;出水侧的流态分布整体较为均匀,无不良流态出现。     

凸轮转子泵的流场及脉动特性数值分析

随着舰船减振降噪要求的进一步提高,管路噪声逐步成为这一目标的主要障碍,而泵类设备则是管路噪声最主要的噪声源.传统离心泵由其高转速及强烈的动静干涉决定了它在进一步降低自身诱导噪声上的局限性,而新型的凸轮转子泵则具有较大的优势.因此为研究该型泵的主要性能与流场特性,在系统分析凸轮转子泵的工作原理及技术特点的基础上,建立了该泵的二维、三维直翼、三维扭曲翼模型,通过基于动网格的CFD分析计算了凸轮转子泵的流场及脉动特性.计算结果表明:新型凸轮转子泵的流量与转速呈线性关系且呈现出周期性脉动;泵内压力分布稳定,各区域没有明显的压力梯度,在转子间隙及进出口区域存在旋涡及流动分离现象,此处流速较大;转子泵泵内压力脉动随转子叶片数的增大及采用螺旋翼型能够得到有效降低,而随着转速的增大也会迅速增大.     

高比转数蜗壳式混流泵准三元水力设计与数值计算

针对高比转数蜗壳式混流泵水力设计研究偏少的现状,在准三元设计理论的基础上,采用不考虑黏性的三元反问题设计与考虑黏性的三元正问题数值计算相结合的方法,设计得到了比转数为603的蜗壳式混流泵,以深入探索三元水力设计方法在开发高比转数蜗壳式混流泵的适用性.在三元反问题设计过程中,首先采用二元水力设计方法得到初始的混流泵模型,然后给定"S"型速度矩沿轴面流线的分布规律,完成新的蜗壳式混流泵的水力设计.应用计算流体力学软件CFX,采用标准k-ε湍流模型,SIMPLE算法求解三维稳态不可压缩雷诺时均N-S方程,分别在设计工况、小流量和大流量工况下对新型泵进行了数值模拟,并且分析对比了泵的水力性能.数值模拟计算结果表明,新型泵叶轮和蜗壳内部流线整齐有规律,叶片工作面和背面静压力分布均匀合理,叶轮叶片轮缘和轮毂附近速度矩沿轴面流线自进口边到出口边的分布规律基本符合"S"型,并且在设计工况下的效率比采用速度系数方法设计的原型泵有了提高,满足了对高比转数蜗壳式混流泵水力性能的要求.     

离心泵反转作液力透平的力学特性

以一台比转数为84.5的离心泵为研究对象,应用CFD软件对该泵作液力透平时的内部流场进行数值模拟,建立相对坐标系下的连续方程和时均Navier-Stokes方程,采用标准k-ε湍流模型和SIMPLEC算法分别对泵工况和液力透平工况进行数值模拟,得到2种工况下在不同流量时的径向力.通过对比泵工况下径向力的数值计算值和Stepanoff公式计算值,发现两者径向力大小比较吻合,表明数值模拟建立的径向力计算模型是正确的.数值模拟结果表明:液力透平工况时的最高效率比泵工况时的最高效率低约5.4%;在相同流量下透平工况时径向力普遍小于泵工况时的径向力;透平工况时径向力的大小随流量的增大而增大;当流量小于设计流量的1.1倍时,随着流量的增大,液力透平工况时径向力的方向和隔舌的夹角从146°减小到125°,但当流量大于设计流量的1.1倍时,其与隔舌的夹角随流量的增大而增大,在1.4倍的设计流量时其夹角达到144°.通过计算和实例表明在透平工况下运行时,泵轴强度仍然满足使用要求.     

基于流固耦合的湿定子潜水贯流泵一体式叶轮强度分析

湿定子潜水贯流泵有别于一般贯流泵,其水泵叶轮安装在电机转子内腔,电机转子与叶轮为一体式结构。为验证此叶轮结构的安全稳定性,应用ANSYS workbench对其进行单向流固耦合数值模拟分析,研究流固耦合作用下叶轮结构的力学特性,获得了水动力和磁拉力共同作用下叶轮的应力和应变分布。结果表明:叶片根部与尖端出现不同程度的应力集中现象,最大应力出现在叶片工作面尖端;叶片变形分布径向梯度明显,与叶片半径呈正比关系;叶轮强度校核结果满足要求。研究成果可为湿定子潜水贯流泵叶轮结构优化设计与水力特性分析提供参考。     

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.     

基于钢板弹簧刚度特性的某驱动桥壳静力分析

针对目前桥壳分析中采用的简支梁力学模型不能反映钢板弹簧刚度特性对桥壳受力的影响的问题,对基于钢板弹簧约束的某款新开发的驱动桥壳进行了研究。通过驱动桥壳台架试验来验证模拟台架试验的简支梁约束桥壳有限元模型的正确性。在该桥壳有限元模型中装配钢板弹簧来模拟实际工况进行分析,并对引入板簧前后的有限元结果进行比较分析。结果表明,模拟台架试验的有限元分析与台架试验结果误差在10%以内,其有限元模型可信度高;引入板簧前后得到的桥壳应力分布有明显差别;该桥壳的强度和刚度在模拟的实际工况中满足设计要求,为实际工况的桥壳验证提供了参考依据。     

轴流泵马鞍区流场流固耦合数值模拟

为了分析轴流泵不稳定运行马鞍区工况内叶轮的结构,并研究该结构的稳定性,采用雷诺时均离散方法和标准k-ε湍流模型对泵装置流场进行CFD数值模拟,利用ANSYS的Workbench平台,通过单向流固耦合模型对叶轮的应力和应变进行计算,得到了不同工况下叶轮受流体压力作用所产生的等效应力及变形量,研究了叶轮结构的应力和变形量随流量的变化特征.研究结果表明：在40%～75%设计流量下不稳定运行马鞍区,数值模拟能准确地计算轴流泵内部流场,泵装置内部流态随流量的减小逐渐紊乱.轴流泵叶片表面应力分布不均,集中分布在叶片根部,随着流量的减小最大应力逐渐增大,马鞍区工况叶片结构应力有较大的安全余量,满足强度要求;叶片进水边外缘叶尖处变形较大,振动现象明显,最大总变形量随着流量的减小先增大后减小,但大变形区域由叶尖向叶缘扩散.研究结果为轴流泵马鞍区安全稳定性研究提供了一定参考.     

黏度对凸轮转子泵效率影响的数值分析

为了研究输送介质黏度对凸轮转子泵效率的影响,运用三维造型软件建立三叶凸轮转子泵的参数化模型,采用尺寸函数对转子泵模型进行网格划分,并对转子附近区域进行网格加密.采用RNG k-ε湍流模型、动网格技术对转子泵进行数值模拟,得到不同输送介质所对应的转子泵效率,并探讨介质黏度对转子泵的效率影响.结果表明,当进出口压差从0.1 MPa增至0.6MPa时,不同黏度介质所对应的容积效率均呈下降趋势,但黏度较大（〉250 cP）的流体介质对压差的敏感性较小.当压差不变,转速从200 r/min增至600 r/min时,低黏度流体介质（〈100 cP）的容积效率得到明显提高,而高黏度流体介质变化幅度不大.不同黏度的流体达到最高效率时所对应的工况不同,黏度较大的流体介质达到最高效率时转速较低.