隔板长度对紧凑型高速磁力泵水力特性及叶轮径向力的影响

为探究蜗壳内隔板长度对紧凑型高速磁力泵外特性与叶轮径向力的影响,根据蜗壳型式及隔板长度的不同提出6种蜗壳方案.设单蜗壳为方案一,其余双蜗壳方案根据隔板长度从小到大依次设为方案二至方案六.采用ANSYS-CFX软件对不同工况下(0.8Q_d,1.0Q_d,1.2Q_d)各蜗壳方案泵内流场进行数值模拟,得到不同蜗壳方案的泵中心面静压分布云图,并进行径向力分析.采用方案四蜗壳作为泵实型样机进行试验,将试验值与计算结果进行对比.研究结果表明:相较于无隔板的单蜗壳泵,采用有隔板的双蜗壳泵有利于平衡叶轮径向力,在额定流量下单蜗壳在x,y方向的径向力最大分量分别为151.2,149.7 N,是双蜗壳方案四的1.5倍;随着隔板长度的增大,泵的扬程与效率均逐渐提高,叶轮径向力不断减小,3种工况下扬程的模拟值与试验值偏差均小于3.0%;试验表明数值计算结果具有可信性,研究结果可为紧凑型高速磁力泵在提高水力性能以及平衡叶轮径向力方面提供一定参考.     

基于响应面法的离心泵作透平水力和声学性能优化

为综合优化离心泵作透平的水力和声学性能,建立了一种基于响应面的离心泵作透平水力和声学性能多目标优化方法。首先在对比分析叶轮几何参数对透平水力和噪声影响的基础上,根据敏感度筛选出对噪声影响显著的关键参数;进而应用响应面方法构造显著变量与多目标函数的响应面多元回归模型,分析影响水力效率与噪声的参数间交互作用;最终以水力效率不降低和总声压级最小为响应目标,兼顾性能与噪声确定最优参数组合,即叶片进口安放角为19.5°,叶片出口安放角为20°,叶片出口宽度为16 mm,叶片包角为92°,叶轮进口直径为101 mm,叶片数为12。对某离心泵作透平多目标优化结果表明,叶轮进口直径、叶片出口宽度、叶片数及叶片包角对内场噪声总声压级影响显著;响应面模型能够反映参数与响应值之间的相关性;经试验验证优化后透平水力效率平均提高了1.98个百分点,总声压级降低了4.95 d BA,表明采用的响应面法能够在不影响透平原有水力性能的前提下改善声学性能。     

基于磁-流热固多场耦合的磁力联轴器应力形变分析

为探究不同转速下磁力联轴器部件的温升和应力形变情况,基于ANSYS Workbench耦合平台,首先对其进行单向的热磁耦合,并进行温度分布分析,再对磁场与流场共同作用下的磁力联轴器结构场进行热固单向耦合分析.结果表明:隔离套的高温区域在轴向上主要对应于磁钢所在位置,并且温度向套筒两端明显递减.隔离套的较大形变区域与高温区域一致,周向上呈向外膨胀状态,轴向上呈两端递减.对于内磁转子体,应力主要集中在薄金属包封套表面且向转子内部递减.对于外磁转子体,应力主要集中在磁钢周围与转子内表面,并由内向外呈现递减趋势.此外内外磁转子体的形变量并不大,但转速对联轴器部件的温升和应力形变影响较大.随转速增大,隔离套的温升、形变与应力值最大增长约7倍,内外磁转子体的应力峰值从6.35 MPa增大到37.30 MPa.     

诱导轮对紧凑型磁力泵压力脉动的影响

为了探究诱导轮对紧凑型磁力泵压力脉动的影响,在叶轮和蜗壳流域内设置9个监测点,通过CFD非定常数值模拟,依据在叶片进口处是否前置诱导轮,分别得到叶轮、蜗壳流域的压力脉动时域图和频域图,并对脉动特性进行对比研究.研究结果表明:前置诱导轮后在第一个叶片通过频率内脉动幅值低于未安装诱导轮时的幅值;在有诱导轮的情况下,叶片进口附近区域脉动幅值比未安装诱导轮时有较大提高;在蜗壳流域内,前置诱导轮后,蜗壳隔舌处压力脉动变化规律及幅值发生明显改变,且减小了叶轮叶片扫掠过隔板起始位置形成的射流尾迹对压力脉动的影响.因此,前置诱导轮在一定程度上有利于泵的安全运行与降低紧凑型磁力泵内的振动.     

基于Particle模型固液两相流离心泵流场数值模拟

基于Particle模型和非均相模型,运用流场分析软件ANSYS-CFX对固液两相流离心泵的内部流场进行数值模拟.液相采用标准k-ε湍流模型,壁面设置为无滑移壁面条件;固体颗粒相采用离散相零方程模型,壁面设置为自由滑移壁面条件.重点分析了过流部件壁面处固体颗粒的滑移速度、颗粒体积分数分布、滑移速度及体积分数分布与过流部件磨损的关系,将数值模拟结果与相关文献中的试验结果进行对比.结果表明:在蜗壳大包角壁面处,固体颗粒相的体积分数较大;在叶片头部靠近前盖板处、叶片压力面和吸力面的尾部处、蜗壳起始段靠近隔舌处和靠近叶片压力面尾部的前后盖板处等壁面,固体颗粒相的滑移速度较大,磨损较为严重.采用Particle模型和非均相模型能准确地模拟固液两相流泵内的流动规律.     

泵作透平性能试验台设计开发

为了设计开发离心泵作透平的试验台,分析了国内外离心泵作透平的实验现状及现有试验台的优缺点,结合泵作透平的基本知识以及流体机械测试技术,设计开发了离心泵作透平的手动测试试验台和自动测试试验台.对手动测试试验台和自动测试试验台分别进行了测试试验,并对比分析了2种测验台的优缺点.从2种试验台的测试结果可以看出,2种试验台均可以准确测得泵作透平的真实水力性能,为测试泵作透平的水力性能提供可靠试验依据.研制的自动测试试验台设计更合理、便于操作,测试范围广,对泵作透平的研究有重要的意义.     

磁力联轴器涡流损失的数值计算与试验

为研究转速、隔离套材料以及转角差对磁力联轴器涡流损失的影响规律,对圆筒型磁力联轴器进行稳态磁场数值计算.计算结果表明:涡流损失随转速的提高成倍增长,转速为3 000 r/min时的涡流损失值约为500 r/min时的24倍;材料电导率不同,所制成的隔离套涡流损失也不同,钛板TP340电导率为304SS的1.65倍,其涡流损失为后者的1.61倍;在1个磁极周期内,转角差增大1°,涡流损失值约增大1%.对该磁转子进行试验测试,结果表明:在转速分别为3 000,500 r/min条件下,304SS隔离套的涡流损失之比是23.0,而TP340隔离套的涡流损失之比为24.6;涡流损失随耦合长度减小而减小,且在高速下减小更多,耦合长度每减小10 mm,转速500 r/min时涡流损失值约下降3.6%,转速3 000 r/min时涡流损失值约下降10%.对比数值计算与试验结果,其能量损失变化趋势较一致.     

紧凑型磁力泵模态计算与分析

为保证磁力泵机组安全运行,验证其结构设计的合理性,运用Pro/E软件对泵主要结构部件进行实体造型,结合压力脉动中轴频、叶频及其谐频的影响,基于ANSYS Workbench对紧凑型磁力泵进行模态计算与分析.计算结果表明:有、无预应力下,磁力泵各部件前6阶模态的固有频率与振幅变化趋势一致,各部件各阶固有频率随阶数的增加不断升高.相同阶数下,有预应力时较无预应力时部件固有频率的变化幅度不大.作为紧凑型磁力泵内的旋转部件,叶轮转子体模态的变形主要集中在叶轮流道出口处的前后盖板附近;静止部件蜗壳泵体的变形在进口管处较明显,在泵体与电动机的法兰连接处基本无变形;静止部件隔离套的圆筒壁面中部易发生变形.紧凑型磁力泵各阶模态的固有频率均远离流动诱导激励频率,不易发生共振,计算结果证实紧凑型磁力泵结构设计合理,并为未来类似结构磁力泵的结构设计与优化提供了一定的参考.     

水润滑推力轴承与推力盘综合试验台设计

为了综合研究推力盘外特性和推力轴承水膜特性,突破紧凑型大功率湿式电动机的技术瓶颈,保证机组工作时推力盘作辅助叶轮能够同时平衡机组轴向力并提供内循环扬程,设计了水润滑推力轴承与推力盘综合试验台.试验台包含主试验段、轴向力测试单元、传感器单元与控制单元等部分.运用试验台,得到了1 500,2 000,3 000,4 000,5 000和6 000 r/min共6种不同转速工况下推力盘作辅助叶轮的水力性能以及推力轴承的水膜承载力、水膜厚度等特性.基于数值计算方法,对试验台所测水膜厚度进行了仿真验证,结果表明:综合试验台上所测得的数据准确可靠,水润滑推力轴承与推力盘综合试验台的成功搭建,为相关领域内的研究提供理论依据和工程指导有着重要意义.     

固液两相流离心泵三维流场的非定常数值模拟

采用标准 k- 湍流模型对固液两相流离心泵内部流场进行了三维非定常数值模拟,分析了不同时刻叶片与隔舌相对位置对离心泵瞬时性能及压力脉动的影响;并且利用数理统计学原理和频域数据处理方法对流场内监测点的压力脉动进行分析。结果显示：叶片与隔舌间的动静干涉引起离心泵瞬时扬程呈周期性变化;隔舌附近是较强的脉动源,但脉动最强的部位不在隔舌顶部而是向螺旋线方向偏移;在一定范围内,颗粒直径越小,压力脉动幅度越大.液体含有颗粒直径为0.05mm、0.25mm时容易受低频影响;当颗粒直径为0.5mm、0.75mm、1mm时,容易受高频影响。