离心泵轴向力计算方法研究与试验验证

准确计算平衡腔液体压力是开平衡孔双密封环叶轮离心泵轴向力计算的关键技术.在设计工况下平衡腔液体压力数学模型计算中,引入了泵腔液体压力损失修正系数,解决了有液体泄漏时泵腔进口与后密封环进口液体压力差的计算问题.以降速后的IS80-50-315型离心泵为例,采用改变叶轮平衡孔直径和后密封环间隙来改变比面积的方法,研究了设计工况下平衡腔液体压力数学模型和轴向力的特性.研究结果表明,设计工况下平衡腔液体压力数学模型特性曲线,可以解决轴向力计算中平衡腔区域叶轮后盖板液体压力差计算这一关键问题;平衡腔液体压力是由平衡孔和后密封环构成的2道“闸阀”协联调节的结果,从控制轴向力角度,可通过轴向力特性曲线寻求叶轮平衡孔直径与后密封环间隙的最佳比值.用2个测试实例,验证了应用设计工况下平衡腔液体压力数学模型计算轴向力的可靠性.     

后密封环直径对离心泵轴向力特性的影响

为了研究叶轮后密封环直径大小的变化对离心泵平衡腔液体压力和轴向力的影响,对泵进行了全流道三维建模和仿真模拟;经对比发现,离心泵性能的数值模拟与试验测试结果基本吻合.在此基础上,对泵后密封环直径90~140 mm范围内泵扬程、效率和轴功率进行预测,研究泵设计工况下,后密封环直径对平衡腔内液体压力沿轴向和径向的分布规律,及其对轴向力的影响,并绘制出扬程系数与轴向力系数的量纲为一关系曲线.结果表明:同一流量工况下,增大后密封环直径时,泵扬程降低,效率降低,轴功率提高,且后密封环直径越大,其对泵性能的影响越显著;同一后密封环直径下,平衡腔内液体压力沿轴向基本保持不变,压力由泵轴至密封环出口处沿径向增大;轴向力系数曲线是非线性曲线,当K减小时,轴向力系数逐渐增大,当K为0.25时,轴向力几乎为零,此时泵的轴向力平衡能力最优.     

浮动叶轮平衡腔内液体泄漏量特性试验

用专用设备模拟浮动叶轮的运行工况,对叶轮后密封环前后压力进行了直接测量,得出了后密封环前后压力与泵扬程的试验曲线,据此计算得到了浮动叶轮平衡腔内液体泄漏量特性曲线.试验解决了浮动叶轮平衡腔内液体泄漏量和压力的计算问题.     

离心泵泵腔轴向间隙对平衡腔压力和泄漏量的影响

针对不同泵腔轴向间隙对平衡腔和泄漏量的影响,采用RNG k-ε湍流模型,对IS80-50-315型单级单吸悬臂式离心泵后泵腔间隙分别为1,4,8,12,16,20 mm的全流道模型进行数值计算,分析了不同间隙下平衡腔液体压力的分布规律和泄漏量的变化情况,得到了与泵腔阻力系数、密封环阻力系数和平衡孔阻力系数相关的速度系数与隙径比的关系曲线和泄漏量计算公式,可用于试验中对0.006~0.127的全流道速度系数进行预估和不同泵腔轴向间隙的泵腔流道液体泄漏量的求解.研究结果表明:后泵腔轴向间隙增大,平衡孔进口处平面和闷盖壁面压力随之升高,这个变化在轴向间隙为4~16 mm时较为明显,而在泵腔间隙取最大值12 mm和最小值1 mm时压力改变较小;同一工况下的泵腔流道泄漏量随后泵腔间隙的增大而上升,而对于同一泵腔间隙,泵腔流道泄漏量在0.8Q_d时最大,1.2Q_d时最小,即泄漏量随流量的增大而减小.     

离心泵泵腔流道液体泄漏量试验与计算方法

设计了针对泵腔流道液体泄漏量测量的专用试验装置,采用改变叶轮轴向位置(即改变泵腔轴向间隙)来改变隙径比的方法,在间隙为0.2 mm、0.3 mm,长度为15 mm密封环条件下,对隙径比为0.127、0.101、0.076、0.051、0.025、0.006的泵腔流道的进出口液体压力和液体泄漏量进行了测试及分析,并提出了泵腔流道液体泄漏量计算公式及其速度系数的确定方法。结果表明:不同隙径比的泵腔流道液体泄漏量系数与压力系数的变化很有规律性,其关系曲线几乎是一些斜直线,但隙径比和密封环间隙对其有较大影响;在泵结构不变情况下,只减小泵腔轴向间隙就能有效地减少液体泄漏量,提高泵容积效率,泵腔轴向间隙最佳取值范围为1~5 mm。     

平衡孔直径对离心泵性能及平衡腔压力的影响

在离心泵性能数值模拟与试验测试结果基本吻合的基础上,对泵平衡孔直径0~12 mm范围内的泵扬程、效率和轴功率进行预测,研究泵设计工况下,不同平衡孔直径时平衡腔内液体压力沿轴向、径向和切向分布规律,以及其对盖板力的影响,并绘制出p=f(k)关系曲线。结果表明:同一流量工况时,平衡孔直径增大到一定值后,轴功率明显增大,效率显著降低,但在大于设计流量工况时,扬程与平衡孔直径无关;同一平衡孔直径下,平衡腔压力沿轴向和切向基本保持不变,压力由泵轴至密封环沿径向增大;在平衡腔内小于平衡孔圆心与泵轴中心垂直距离的半径区域,平衡孔直径越小,压力沿径向越趋近于零,而在平衡腔内大于上述半径区域,平衡孔直径越大,压力沿切向越大;比面积k≥2.645时,平衡腔区域盖板力基本平衡。     

离心泵叶轮平衡孔液体泄漏量特性试验

在3BA-6型单级单吸离心泵上,通过更换不同直径平衡孔叶轮的试验,测量了叶轮后密封出口压力、泵进口压力,得出了平衡腔内液体压力、泵进口压力与泵扬程的试验曲线。据此计算得到了平衡孔液体泄漏量特性曲线。在设计工况下,比较分析了当平衡孔直径不同时平衡孔液体泄漏量理论曲线与试验曲线。实测泵轴向力曲线表明依据平衡孔泄漏量特性曲线计算得到的轴向力曲线,可以满足工程计算需要。     

浮动叶轮平衡腔压力的试验分析

介绍了浮动叶轮自动平衡水泵轴向力的结构与原理,指出在平衡孔的调压作用下叶轮上下浮动,平衡腔体内压力的计算是其结构设计的关键。对3BA-6单级单吸离心泵的平衡腔内压力进行了测量。在前后密封环直径相等,后密封环直径加大等两种条件下,获得了在不同直径平衡孔时,平衡腔内压力随流量的变化规律。依据试验数据,对相似平衡腔体内的压力进行了分析;为了便于分析相似平衡腔体内压力,采用了压力系数及比面积两个无因次特征参数。本试验解决了相似平衡腔体内压力的计算问题,其结论具有较高的实用价值。     

离心泵叶轮平衡腔内液体流动特性及圆盘损失分析

在离心泵0.8Qsp、Qsp、1.2Qsp流量工况点,外特性及平衡腔内流动特性数值计算结果与试验结果基本一致的基础上,研究平衡腔液体流场分布情况,绘制平衡腔内液体不同角度和半径无量纲圆周、径向分速度沿轴向分布曲线,分析平衡腔液体流动特性,计算平衡腔区域叶轮盖板外侧圆盘摩擦损失。结果表明:平衡腔液体流动存在核心区和两湍流边界层,主要流动特征为圆周剪切流与径向压差流。同一流量点,平衡腔流动核心区无量纲圆周分速度随半径的增大而减小,无量纲径向分速度近似为零,而湍流边界层液体受泄漏流影响较大,且不具有轴对称性。流量越小,同一角度和半径的平衡腔液体旋转角速度越小,平衡腔区域叶轮圆盘摩擦损失越大。泵内圆盘摩擦损失理论公式未考虑流量工况变化因素影响,且理论公式结果大于试验结果和数值计算结果。     

离心泵泵腔内液体流动数学模型研究

在建立泵腔内流体流动的4层流动模型基础上，计算了不同雷诺数、泄漏量条件下泵腔内液体的圆周速度、径向速度及压力沿径向的分布规律。结果表明：泵腔内液体大部分以叶轮旋转角速度的48％作刚体旋转运动，而不是普遍认为的50％；泵腔内压力系数仅是腔体内液体雷诺数的函数，和泄漏量关系不大；雷诺数越小，泵腔内压力梯度沿径向越大；在泵腔内存在雷诺数和泄漏量的最优搭配。     

污水泵站前池进水流态对水泵性能

结合上海市污水治理工程肇嘉浜雨，污合建泵站整体水力模型试验，研究了不同开机组合进水池中出现的流态，分析了产生不良流态的原因及其对性能和泥沙淤积的影响。提出了改进流态的措施，实施结果证明上述措施有效地改善进水流态，提高了泵的运行效率，减少了泥沙淤积。     

水泵串联技术应用的探讨

分析了水泵串联时的工作状况及工程设计中的有关参数的选用，结合工程实例探讨了该技术的应用条件及实施方法。     

串联抽水装置水泵的选型及运行管理

根据串联抽水装置的设计和运行管理中存在的问题，给出了水泵选型、工况点确定、水泵综合效率和安装高程的确定方法及运行管理中应注意的问题。     

发动机水泵通用化设计实例分析

以吉利某两款发动机冷却水泵为例,对比两款水泵叶轮的关键参数,在满足水泵性能要求的前提下,实现对水泵结构最小修改,达到其余零部件最大通用化。     

无堵塞泵水力设计及试验研究

叶片式无堵塞泵主要有离心式与旋流式两种泵型。利用泵能量方程和相似律推导出无堵塞泵叶轮水力设计统一计算公式,在分析、归纳14种离心式渣浆泵和12种旋流泵优秀水力模型的基础上,分别应用最小二乘法数值拟合出经验系数方程式。通过设计实例和样机型式试验与真浆试验,验证了设计方法的准确性和实用性,并揭示了离心式渣浆泵和旋流泵性能上的一些特点。     

微型溴化锂介质屏蔽泵的研制

介绍了1XPB-2型和1XPB-3型微型溴化介质屏蔽泵的研究过程，其中根据泵的速度系数法及模型相似算法比较设计出的水力模型是成功的。由于两种型号的泵流量小、比转速低、汽蚀性能要求高，给泵的的研究带来一定的难度。为此，我们在提高泵的吸入性能方面，采取了合理地增大叶轮吸入口直径（D0）及叶轮进口宽度（b1），合理选取叶片进口角（β1）等技术措施。经检测，两种型号泵的各项技术指标均满足设计要求。     

泵及泵装置效率表达与换算

从理论上分析和表达了水泵机械效率、水力效率、容积效率及总效率;分析和表达了泵效率、泵装置效率的相似性,评价了已见各种泵效率的换算公式,推导并提出了泵效率常数暨新的泵效率、泵装置效率换算方法;所提效率公式、效率换算方法对泵性能参数的可信性有鉴别、评价作用,对开发高效水力模型,提高泵站效率有指明路径作用。针对离心泵(及蜗壳式混流泵)和轴流泵(及导叶式混流泵)所提统一的表达式,既适用于泵,亦适用于泵装置;既适用于模型泵,亦适用相似的任意口径、任意参数的原型泵及原型泵装置。泵及泵装置性能统一表达的研究和实现,对于提高泵的设计水平,对于泵及泵站特性准确预测均有较大的理论意义和实际应用价值。     

浅析立式管道泵安装、试验方法

泵试验是一个泵厂很重要的一道工序,尤其是在新产品试验环节,泵的性能情况、结构改进、可靠性等问题都需要通过试验来验证.这个环节试验方法正确与否,各种测量仪表是否正确选择使用、试验数据的分析计算等等环节都对试验数据有很大影响.因此每台泵在进行试验前都要对它的试验过程进行仔细分析研究,确定正确的试验方法.下面主要以立式管道泵为例从工厂试验的角度进行分析,确定合理的安装和试验方法.     

渣浆泵的研究及发展方向

系统地论述了渣浆泵的研究及设计，材料和数学模型的进展和发展方向，最后指出了渣浆泵业的总体发展趋势。