我国排灌用离心泵的研究现状和设计趋势

离心泵是一种古老而应用广泛的通用机械。离心泵具有转速高，体积小，重量轻，扬程高，结构简单，性能平稳，容易操作和维修等优点，在农业排灌方面得到广泛应用。     

叶片载荷对离心泵内流动激励力及噪声的影响

基于大涡模拟技术和边界元方法分析离心泵内非定常流场及流动诱导的结构振动与噪声,研究叶片载荷对离心泵水力性能、流动激励力及流动噪声的影响.数值计算结果表明:相比于低叶片载荷的离心泵,高叶片载荷离心泵的水力效率提高了1.1%~2.9%,流场分布更均匀;相同工况下高叶片载荷离心泵的蜗舌压力脉动系数幅值比低叶片载荷泵高42.6%;叶轮受到的径向力脉动幅度也提高了7.63%;根据声场计算结果,蜗壳壁面振动速度在二阶叶频上最大,高叶片载荷离心泵蜗壳的最大振动速度是低叶片载荷离心泵的5~6倍;蜗壳振动向外辐射噪声的指向性分布也发生了变化,在10°~310°范围内高叶片载荷泵辐射的噪声声压级大于低叶片载荷泵.研究表明叶片载荷是影响离心泵内流动激励力和流动诱导振动与噪声的重要因素,低噪声低振动水泵的设计需综合考虑水力效率与泵内流动激励力.     

基于高维混合模型的离心泵叶轮子午面优化设计

为提高离心泵在设计工况下的运行效率和扬程,提出一种基于高维混合模型的离心泵叶轮优化设计方法.选取一台比转数为157的单级离心泵作为研究对象,通过CFturbo软件对优化变量进行参数化,然后结合数值模拟获得高维混合模型的训练集.在此基础上采用获取的训练集通过MATLAB机器学习得出效率、扬程与优化参数之间关于支持向量回归的高维模型,并采用遗传算法寻优.在设计工况下,所拟合的高维混合模型预测的效率和扬程值比原模型分别高1.5%和3.2 m,数值模拟验证优化方案的效率和扬程分别比原模型高0.9%和2.1 m.算例研究表明,将高维混合模型应用于离心泵叶轮的优化设计中可以实现快速寻优并提高离心泵水力性能.     

离心泵质量持续提高

离心泵广泛应用于农业排灌、水利工程、农村饮水、植物保护、抗旱救灾等,是农民增产增收的重要工具,是实现高产、优质、高效农业的有力保障。为了促进我国离心泵产品质量的不断提高,保证农业丰收和增加农民收入,国家质量监督检验检疫总局在1995年第1季度、1996年第2季度、1997年第2季度对离心泵产品质量实施国家监督抽查后,于2003年第1季度再次对其进行了国家监督抽查。     

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Fluent的无过载离心泵改型设计

针对无过载离心泵在性能方面的不足,提出了采用加大流量法和堵塞流道法相结合的无过载离心泵设计方法.并根据这一设计理念,在利用商业软件Fluent对离心泵进行性能预测的基础上,对IS5032160型无过载离心泵进行了3次改型尝试.预测结果表明:采用这一设计方法,可以有效地增加无过载离心泵的扬程、提高效率,改善无过载离心泵的性能.可为低比数离心泵的优化设计提供参考.     

高效率离心泵水力设计及BVF诊断

引入边界涡量流(BVF)理论对叶片进行诊断,探究叶片表面BVF分布与水力性能的关系,为将来改进设计提供诊断依据.选用IS150-125-250型离心泵(参考离心泵)基本参数,基于速度系数法和二元理论自编程序,设计出新的离心泵叶轮.与参考叶轮相比,新设计的叶轮进口端空间弯扭特征明显.采用RANS控制方程组和标准k-ε湍流模型对设计离心泵和参考离心泵全流道内流场进行数值模拟,对比分析两者含设计工况点在内的13个工况点的水力性能.同时根据设计离心泵和参考离心泵叶轮内流场计算结果,基于BVF诊断方法,对两叶轮叶片压力面和吸力面BVF分布进行对比分析.结果表明:相比参考离心泵,设计离心泵在小流量工况下扬程和效率较高,最高效率可提高5.3％.参考离心泵叶片表面BVF峰值较大,而设计离心泵叶片表面BVF分布更均匀,变化也更平坦,说明设计离心泵叶轮能更有效地抑制流动分离等不良流动的发生,改善了离心泵的水力性能.     

低比转数离心泵性能预测软件的开发

低比转数离心泵由于具有小流量,高扬程的特点,所以有其特殊的应用领域.但目前低比转数离心泵设计经验还相对薄弱,导致了低比数离心泵的性能预测结果还不够准确,不能满足工程实际的需要,且国内也没有实用的低比数离心泵性能预测软件.因此研究此类离心泵性能预测方法和应用软件具有实际价值.通过采用线性回归的方法对低比转数离心泵理论扬程,功率和效率公式进行了修正,总结出低比数离心泵性能预测模型.并介绍了以此为依据,采用VC++6.0和Object ARX 2000在AutoCAD 2004平台上开发的低比转数离心泵性能预测软件.     

离心泵水动力噪声研究综述

从组成部分、理论研究、数值计算研究以及试验研究4个方面介绍离心泵水动力噪声的研究现状.在国内外学者研究工作的基础上,从内声场和外声场2个方面详细概述了离心泵水动力噪声的组成部分及影响因素的研究现状,其中内声场从噪声的频谱特性可分为离散噪声和宽带噪声,离散噪声主要是由于动静干涉导致,能量集中在叶频及其谐频; 而宽带噪声的研究目前还有很多工作待开展.FW-H方程是声比拟理论中计算离心泵水动力噪声的基本方程,应用广泛,同时涡声理论也表现出其很好的发展前景.基于声比拟法的混合数值模拟是目前离心泵水动力噪声模拟的主流途径,而诸如线性欧拉法(LEE)等声传播方程法的应用相对较少,未来随着对离心泵中高频段噪声研究的深入,声传播方程法也将会得到应用.用水听器构建双端口模型,可以准确测得离心泵低频段噪声,但该方法对试验条件要求较高,成本较大; 麦克风阵列法在测量离心泵内部声场中的高频段噪声成分时具有良好的研究前景.最后提出在未来的研究中需要解决的难题以及值得关注的方向.     

浅谈离心式水泵工作原理及常见故障原因

离心泵具有性能范围广、流量均匀、结构简单、运转可靠和维修方便等诸多优点,因此离心泵在冶金工业生产中应用甚为广泛.本文阐述离心泵的工作原理及介绍了其主要零部件,并且分析了离心泵常见的故障原因.     

离心泵叶轮不同磨损程度下的振动信号分析

为了研究离心泵不同程度磨损后叶片进口边的振动特性,在虚拟仪器平台搭建试验泵系统,选用IS-50-160-00单级单吸离心泵分析不同磨损程度下振动信号的时域和频域特征.以6个叶片离心泵为研究对象,分别破坏对称2,4,6个进口叶片进行试验,采集泵在不同磨损程度下径向、纵向、轴向和基座方向的振动信号,并进行时域和频谱分析.在时域上采用峭度分析方法,发现磨损后每个叶轮的峭度变化是一致的,通过检测基座方向和轴向的振动信号峭度,可诊断离心泵的磨损程度.利用峰值因子分析得出磨损后叶轮产生更高的尖峰,尤其是轴向峰值因子较大.在频域分析中采用最大熵谱估计方法,得出磨损后离心泵在高频信号中出现振动能量的变化,将高频段(2 500~5 000 Hz)的振动变化作为诊断磨损程度的特征频段,同时发现振动信号功率谱在基座方向和轴向的能量变化较大.     

基于专利地图的国内外多级离心泵技术分析

为了分析多级离心泵发展趋势,从专利数据的视角对国内外多级离心泵技术进行深入研究,剖析了国内外多级离心泵技术的专利申请趋势、申请国家分布、IPC分布、申请人分布以及专利被引频次,同时基于专利地图技术对国内外多级离心泵技术的主要研究方向进行分析.研究结果表明:全球多级离心泵技术的研究相对较少,主要集中在中国,正处于发展阶段,多级离心泵技术仍然是研发的热点,在未来依然会持续发展;国外多级离心泵技术的专利权人以企业和个人为主,国内则以科研单位居多,多级离心泵技术的研究成果并没有完全产品化和市场化;多级离心泵技术的专利主题主要集中在泵零部件的设计研究,其应用研究相对较少;多级离心泵的核心技术或基础研究主要分布在美国,被引频次最高的专利是US7407371B2.     

排灌泵站离心泵磨损失效分析及对策

离心泵在抽取介质的过程中,容易发生离心泵磨损失效的现象.为此,从理论上阐述了离心泵磨损失效的机理;从砂粒特性、材料金相组织及水泵运行工况角度,分析了影响离心泵磨损失效的各种因素;并结合排灌泵站多年运行实践和维修经验,重点在结构设计、合理选材、表面热处理、非金属涂层防护、合金粉末喷焊和补焊等几个方面,提出了防止离心泵过早磨损失效的技术措施,减少了离心泵过流部分磨损,以提高其有效的使用寿命.     

离心泵多工况水力性能优化设计方法

基于全局优化算法和各项损失计算的离心泵能量性能计算模型,提出一种离心泵多工况水力性能优化设计方法.该方法以原始设计的关键几何参数值为初始条件、设计工况的扬程为约束条件、多个工况的加权平均功率最小为目标,同时采用自适应模拟退火算法对离心泵能量性能计算模型进行求解,采用超传递近似法来确定各目标函数的权重因子,并采用该方法对一比转数为129.3的离心泵进行了多工况优化,最后分别对原设计和多工况优化设计进行了数值计算,计算结果表明：0.6Qd和1.2Qd工况下,多工况优化得到的功率低于原始设计,而设计工况下,多工况优化得到的功率比原始设计略高;多工况优化得到的3工况点加权平均功率比原始设计低0.06%;多工况优化的3点加权平均效率则比原始设计高0.46%.研究结果对于离心泵的节能设计具有比较重要的参考价值.     

离心泵变工况流场分析及径向力数值预测

针对离心泵内部流场进行了数值计算,计算采用雷诺时均方程和RNGk-ε湍流模型,压力和速度耦合采用SIMPLEC算法.在分析变工况离心泵流场的基础上,提出了离心泵径向力数值预测的数学模型,并计算了不同工况下径向力的大小和方向.结果表明,离心泵在设计点运行时径向力最小.通过对比径向力数值预测值和Stepanoff公式预测值的差异可以看出,其差值随流量增大从负到正,相对误差不超过7%,表明离心泵径向力数值预测方法是可行的.     

具有诱导轮的高速离心泵汽蚀特性试

采用闭式流体输送试验台,对具有前置诱导轮的高速离心泵进行了汽蚀特性试验研究,比较分析了无诱导轮、单个及串联诱导轮3种工况下诱导轮对离心泵性能及汽蚀性能的影响.发现前置单个或串联诱导轮对离心泵的性能影响并不显著,单个诱导轮的离心泵性能相对于无诱导轮的离心泵性能稍有下降,具有串联诱导轮的离心泵扬程和效率与无诱导轮离心泵相比稍有增加;但采用串联诱导轮可有效提高离心泵的汽蚀性能.     

《离心泵》

11.效率就是生命工作上要讲求效率,对一些机器也要求它们有高的效率,对离心泵来说也是如此。人们为了提高泵的效率,若干年来一直致力于水流在叶轮内和泵壳内的流动研究,並取得了积极的成果。目前,小型离心泵的效率大致在60～85％的范围内,大型泵可达到90％左右。     

单流道离心泵的研究现状及发展趋势

简要介绍了单流道离心泵的应用和结构.在国内外学者研究工作的基础上,概述了单流道离心泵设计方法、能量预测模型、非定常特性的研究现状,并进行了归纳总结.根据前面所述的研究成果,展望了单流道离心泵研究的发展趋势,提出了未来的研究方向:针对单流道离心泵强烈的非定常特性,需要建立单流道叶轮全流量范围内滑移系数的求解公式,修正完善能量损失公式,建立单流道离心泵的能量性能预测模型;基于滑移系数和性能预测模型,提出单流道叶轮的水力设计方法.因此,认为研究单流道离心泵的非定常特性、建立高精度的单流道离心泵能量性能预测模型以及完善其设计方法是今后单流道泵研究工作的重点.     

黄河多泥沙水源离心泵站水泵磨蚀成因及防治对策

针对段家塬三、四级泵站水泵磨蚀严重的问题,系统地分析了泵站设计运行存在的问题和水泵磨蚀的特点,指出了扬程较高的黄河多泥沙水源离心泵站水泵磨蚀的成因和机理,在此基础上提出了水泵磨蚀防治的5项对策,对高扬程黄河多泥沙水源离心泵站的安全、经济运行有很好的指导作用.     

无传感器监测技术在离心泵中的应用研究综述

为深入研究无传感器技术在离心泵运行状态监测方面的应用,首先综述了无传感器技术的背景与研究现状:无传感器监测技术是一种将感应电动机作为转矩传感器,通过测量其定子电流、电压,分析电动机转矩信号并推算出运行状态从而实现运行状态监测的技术,具有安装使用方便,价格低廉等优点.由于大部分离心泵由感应电动机驱动,因此可以较为有效地解决传统状态监测技术中存在的问题.目前国内外对离心泵监测技术的研究主要集中在电动机及机械部件的诊断,离心泵运行工况的判别,电动机输出信号的提取、分析方法等方面,并且这些研究主要侧重于理论和仿真.其次提出了现阶段无传感器技术应用于离心泵状态监测方面研究的不足:关于离心泵内部流态的研究仍属空白,具体流动状态的识别研究较少,离心泵内不同流动状态特征的提取方法的研究较少.最后对离心泵无传感器监测技术的发展进行了展望:无传感器技术的突破在于着重解决水力负载转矩非定常特性、瞬态水力负载转矩在离心泵轴系传动及电动机系统中响应特性以及离心泵内不同流动状态特征的提取方法等问题.