蜗壳式离心泵外特性仿真与实验研究

为探索不同仿真方法的适用性,对ns=157的单级蜗壳离心泵不同工况的扬程和效率进行定常和非定常计算,并分别分析了定常计算时不同叶片夹角及非定常计算时不同时间步长的影响,通过与实验对比,得到的主要结论有:定常计算仅适用于额定工况外特性仿真,其扬程和效率计算误差分别为4.9%和2.9%,而定常多相位的计算误差分别为7.1%和3.2%;非定常仿真计算时,以4°为时间步长,并间隔20°保存一次计算数据,较好地预测出扬程曲线走势,额定工况扬程和效率计算误差约1.1%和1.8%,但小流量和大流量区间扬程计算误差达到10%左右。因此在水力优化设计时,若只关注高效点位置及其扬程和效率,可采用定常计算,若还关注扬程曲线走势,则应采用非定常计算。     

基于改进VMD的离心泵空化声发射信号特征提取

针对变分模态分解算法中分解层数和惩罚因子不易确定的问题,提出一种改进变分模态分解(improved variational mode decomposition,IVMD)算法,并将其应用于离心泵空化声发射信号特征提取.应用IVMD算法时,首先根据包络熵差异系数确定变分模态分解的分解层数;然后采用人工蜂群算法优化得出惩罚因子,并将其作为变分模态分解的最佳输入参数.利用IVMD算法对仿真信号进行分析,并与集合经验模态分解结果进行比较.以60%额定流量下采集到的离心泵进口处的声发射信号为例进行IVMD计算,分析携带原信号大量信息的信号分量的频域特征及其绝对能量随离心泵空化状态变化的关系.结果表明:IVMD算法能够择优确定分解层数和惩罚因子,实现非平稳信号的自适应分解.反映离心泵空化状态的声发射信号特征频率集中在50,100 kHz及其附近.随着离心泵空化从无到有、从弱到强的变化,这2个特征频率范围信号分量绝对能量值呈“基本保持不变-减小-增大”的变化规律.     

蜗壳断面面积变化规律对双吸离心泵水力性能的影响

针对某泵站S700-500-730型双吸离心泵运行时引发的断轴问题,采用CFD数值模拟方法,通过与蜗壳断面面积线性变化规律(以下简称L-规律)进行对比,分析了原型泵采用的蜗壳断面面积变化规律(以下简称Y-规律)对水力性能以及径向力的影响.结果表明:在定常工况下,2种规律的双吸离心泵在设计工况下水力性能相近,相较于L-规律方案,采用Y-规律设计的蜗壳作用在叶轮上的径向力增大高达24.77%;在非设计工况下,相较于L-规律方案,采用Y-规律设计的蜗壳水力性能更加优越,但是作用在叶轮上的径向力要高于采用L-规律方案时作用在叶轮上的径向力;在非定常工况下,Y-规律方案的脉动幅值以及高频脉动都要比采用L-规律方案设计时明显得多.蜗壳断面面积变化规律对作用在叶轮上的径向力影响显著.研究结果可为解决由于径向力过大导致断轴问题提供一定的理论依据.     

混合沙粒对半开式叶轮离心泵磨损的影响

为了研究含有混合多种颗粒粒径的含沙水对离心泵过流部件磨损特性的影响,应用RNG k-ε湍流模型和SIMPLEC算法,基于颗粒离散相模型(DPM)和半经验的McLaury磨损模型,沙粒注入选用Rosin-Rammler分布的拟合方法,对一台半开式离心泵内固液两相流的磨损特性进行数值分析.研究结果表明:叶轮流道内沙粒组分中大颗粒有趋向叶片吸力面运动的趋势,当混合沙粒的粒径较小时,蜗壳内沙粒运动较为均匀,粒径越大,沙粒运动越贴近蜗壳壁面;不同粒径组分的沙粒在叶轮的压力面、吸力面和后盖板壁面上的平均停留时间分布相似,颗粒粒径越大,平均停留时间越小;在蜗壳壁面上沙粒组分中粒径不大于700 μm的沙粒平均停留时间分布规律与沙粒在叶轮过流壁面上的平均停留时间类似,大于700 μm的沙粒平均停留时间会随着粒径增加而增大;随着沙粒组分中大粒径沙粒的增加,叶片压力面的磨损强度逐渐减弱,叶片吸力面、后盖板和蜗壳的磨损强度逐渐增强.     

基于流动控制技术的低比转速离心泵叶轮研发

低比转速离心泵由于叶轮直径大,出口宽度小,流道扩散严重等原因,导致其效率偏低且很难改善.在计算流体动力学数值模拟和模型泵性能试验基础上,分析了低比转速离心泵效率与内部流动特性之间的关系,为改善泵内流动结构和提高效率提供依据.基于以控制边界层分离为目的的流动控制技术,提出了两种新型的离心泵叶片结构,研制了新的叶轮.为便于比较分析,对新叶轮在保证原模型泵叶轮直径、出口宽度和安装尺寸等主要几何参数不变的前提下进行加工制造,并分别将常规设计的叶片、分流叶片和两种新型叶片的叶轮在同一泵体内进行试验.试验结果表明：分流叶片提高了泵在大流量区域的效率但不能拓宽流量范围,引流叶片使水泵在更大流量范围内运行,并且在整个流量范围内都显著地提高了泵效率.流动控制技术成功地改善了低比转速离心泵内部流动结构并提高了泵性能.     

基于Fluent的叶片数对低比转速离心泵内部流场的影响

叶片数是影响泵性能的主要参数,不同比转速的离心泵有不同的选取准则。为研究低比转速离心泵的叶片数选取准则,选取IS50—32—200低比转速离心泵作为研究对象,通过Pro／e建立三维模型,在gambit中进行网格划分,导入Fluent中对三维流场进行数值模拟,计算出各个物理参数的分布。通过对不同叶片数的计算比较分析,得出低比转速离心泵叶片数对流量,扬程和性能的影响,揭示不同叶片数的低比转速离心泵内部流动规律,给出低比转速离心泵叶片数的选取原则,提高低比转速离心泵的优化设计。     

叶轮出口参数的优化设计

论述了离心泵叶轮出口参数运用机械优化方法－复合形法的计算机实现过程和理论基础。     

离心泵理论扬程的计算

通过对不同滑移系数计算公式的比较与分析,揭示了滑移系数是离心泵理论扬程计算结果准确与否的关键,提出了对于不同比转数的离心泵滑移系数应采用不同的计算公式。以优秀离心泵为基础,采用回归分析法对离心泵理论扬程的计算进行了修正。计算实例表明:修正后的理论扬程公式计算结果更加准确,为工程实际应用提供了一种较为准确的计算方法。     

离心泵全特性若干问题研究

本文针对６ＳＨ－９型离心泵试验了各工况区多种转速下的全特性，由此分析了利用比例律推求全特性所产生的变异误差及苏特坐标曲线的误差，并从理论及试验两方面分析了同比速同系列泵及同比速同型式但系列不同的水泵全特性通用性问题，最后提出了根据水泵工况区特性预测水轮机工况区特性的计算方程，并同实测结果进行了比较，两者充分一致。     

“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

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。