相对性能曲线在泵运行使用中的应用

比转速n_s中包含了实际原型泵的几个主要性能参数Q(流量)、H(扬程)、η(效率)值,因此它能反应实际水泵的主要性能。比转速n_s不同,反映了水泵特性曲线的形状也不同。将各种n_s的特性曲线用相对值为座标绘出图1、图2、图3。图中以设计工况的工作参数Q_o、H_o、N_o、η_o作为100%,按下式计算不同n_s的叶片泵,在非设计工况点下的性能参数Q、H、N、η的相对值值为:     

叶片泵过渡曲线辨识问题研究

以35VQ型高压叶片泵定子内曲线检测离散数值序列为例,探讨用最小二乘法拟合辨识理论过渡曲线时出现的问题及其解决办法,如:残差对称分布残差平方和近似相等的两种理论过渡曲线难以区分、理论过渡曲线位置失真、切削方向无法确定等。对大圆弧包角β1的取值提出了新的看法。     

低比转数离心泵优化设计专家系统的研究

低比转数离心泵在水力性能上一直存在一些问题 ,在其优化设计中具有各种参数对水力性能的影响既相互矛盾又相互统一的特点。为了调和各参数之间的矛盾而达到最佳组合 ,专家们总结形成了丰富的实用经验。本文引入并阐述了人工智能专家系统的理论 ,将这些实用经验应用在低比转数离心泵优化设计中 ,便于工程实践和企业生产。提出了低比转数离心泵优化设计专家系统的概念 ,并构建了该系统框架和数学模型。     

低比转数排污泵内部PIV试验研究

通过对传统机电一体式排污泵的结构改造,以有机玻璃材料来加工叶轮及蜗壳,利用半螺旋形吸水室改变来流方向,成功获得适合于PIV测试的试验泵段.采用轴编码器等同步装置和空心玻璃球作为示踪粒子,对3个工况下叶轮与蜗壳5个不同相对位置的叶轮中间截面流场进行拍摄,取得了较好的结果.从PIV试验结果可以看出,在大流量1.4Q_d和设计流量1.0Q_d工况下,叶轮内部流场在任意时刻均能够保持较好的轴对称性分布,而极小流量0.2Q_d情况下,叶轮内部流场较为紊乱,且表现出明显的非轴对称性.在所拍摄的5个时刻内,通道A由于穿过隔舌位置,其出口圆周的相对速度分布梯度和小流量下旋涡的强度、大小等均受到隔舌的强烈影响.在极小流量情况下,通道C随着叶轮的旋转,压力面附近的脱流不断加剧并形成旋涡,最终堵塞大部分流道.     

用于冷却塔的超低比转数混流式水轮机设计

工业冷却塔的循环冷却水出口一般具有一定的富余水头（4~15m）。利用冷却塔的富余水头,开发一种超低比转数混流式水轮机,代替冷却塔中风扇电动机,可以达到节能的目的。结合冷却塔水轮机工作环境特点,进行了超低比转数混流式小水轮机全流道三维非定常数值模拟,重点对超低比转数小水轮机转轮叶片设计与优化。为了尽量减少水轮机尺寸,在结构设计方面提出金属梯形蜗壳和单列环形导叶。通过数值模拟对比分析确定最优性能的水轮机方案进行物模试验。通过物模试验证明设计的超低比转数混流式节能水轮机尺寸满足了冷却塔要求,效率高,性能稳定。     

低比转数离心泵叶轮切割定律的研究

切割定律在离心泵设计中有着重要的作用,但由于目前还没有十分准确的公式用来进行泵的设计,泵设计一般采用经验公式设计,再加以理论校核计算,这样新设计的泵的性能参数很可能存在着与设计参数不吻合。为此,用统计归纳方法给出该切割定律的具体计算公式与曲线图,并举例验证了推导低比转数离心泵叶轮公式与曲线图的准确性。     

低比转数变工况离心泵的性能优化

为了提高低比转数变工况离心泵的全局效率,采用单独离心叶轮优化、单独蜗壳优化和叶轮与蜗壳整体优化3种设计方案,基于拉丁超立方抽样试验和模拟退火优化算法,利用数值模拟方法对流量比(最大流量/最小流量)为8的离心泵进行性能优化.研究结果表明:3种优化方案都能提高变工况离心泵的全局效率,其中蜗壳优化和整体优化获得的泵效率比较接近,而叶片优化方案的效果相对较弱,故开展低比转数变工况离心泵优化时,可以优先考虑对蜗壳结构参数进行优化设计;进行变工况离心泵水力设计时,为了提高离心泵整体效率,应使选取的设计流量稍微小于最大工作流量.     

低比转数混流泵导叶内部压力脉动特性研究

对一比转数为148.8的设计混流泵进行试验和数值模拟研究,比较不同流量工况下混流泵性能的试验与数值计算结果,两者吻合较好。在流场内部设置监测点,捕捉压力脉动由动静干涉无叶区向导叶出口的发展过程。分析不同工况下的混流泵各测点的压力脉动,发现导叶内部各测点压力脉动主要受叶轮转动影响,主频为叶频;由动静干涉的无叶区到导叶出口,平均压力逐渐增大,而压力脉动的幅值强度越来越弱;非设计工况下的压力脉动变化更复杂。上述结果可为混流泵进一步的优化设计提供参考。     

改进定子曲线对高压子母叶片泵特性的影响

为了改善高压子母叶片泵特性,使用极径沿转角线性变化的等速曲线代替早期双作用高压子母叶片泵定子曲线的大圆弧段,从叶片泵工作油腔油液预升压、泵的流量和叶片受力等方面展开研究。结果发现,当等速曲线的起点与终点极径差值为0.1 mm时,泵的工作油腔油液预升压力在转子从过渡区线起始点转过2°后,压力变化幅度变小;对泵的流量特性影响很小,仅减小10-4 m3/s;叶片受到的径向接触反力减小160 N,可以有效减小叶片的磨损、降低泵的噪声。     

基于流声耦合法的超低比转数离心泵空化特性研究

为研究离心泵不同空化状态下噪声特性的变化规律,以及空化的发展对水动力噪声的影响,首先以一台超低比转数离心泵为研究对象,搭建闭式试验台,基于泵产品测试系统及数据采集系统建立了离心泵空化噪声的试验测试系统,实现了泵性能参数和内场噪声信号的同步采集。其次,分别应用不同空化模型对模型泵空化性能曲线进行预测,并与试验值进行对比,选择合适的空化模型。在此基础上将整个空化过程划分为未空化阶段、空化初生阶段、特征空化阶段及严重空化阶段,结合声学边界元法将流场信息转化为声场信息,并通过比较各空化阶段噪声预测值与试验值相对误差,发现模拟信号与实际信号吻合度较高,充分验证了预测方法的可行性。最后,基于流声耦合法研究空化对内部声场的影响。研究发现:针对超低比转数离心泵空化,Zwart模型比Kunz模型具有更好的适用性。内场噪声信号随空化的发展变化规律比较复杂。在中低频段,由于空化对动静干涉的抑制作用,使得叶频及其倍频特征值离散分量声压级随空化的发展呈现逐渐下降趋势,而轴频分量呈现增大趋势;而高频宽频噪声随空化系数的降低呈现先缓慢减小、然后急剧上升的规律,逐渐将高频特征值分量淹没在宽频带中,高频段声压级的增高造成总声压级的升高。     

低比转数离心泵叶轮内的流动机理和叶轮设计

通过分析得出影响低比转数离心泵效率的主要原因是在叶轮出口存在二次流、边界层的分离等引起的射流－尾迹结构，提出了改进的方法。提出叶轮设计方法：加大叶轮出口宽度，增大泵体喉部面积，采用较大的叶片出口安放角、较大的叶片包角，叶片的线型前部采用较小曲率半径，后部采用较大的曲率半径。实例表明此方法能够获得较高效率和较好性能的低比转数离心泵。     

低比转速离心泵塑料叶轮设计

以一台低比转速离心泵铸铁叶轮水力模型为原型,将其材质替换为塑料.考虑泵效率提升和注塑工艺可行性对叶轮几何参数进行修改:减小叶轮外径,增加叶轮出口宽度;考虑塑料结构工艺对叶轮结构进行调整:后盖板外侧设置加强筋,轮毂处加铜嵌件,盖板与叶片结合处添加定位孔销和焊接用导熔线。将塑料叶轮和铸铁叶轮安装在同一泵体进行对比测试。测试结果表明:塑料叶轮设计工况点泵的效率由56%提高到60%,增加了4%,既达到国家节能效率指标,又为用户节省了用电费用。     

低比转数离心泵叶轮内汽蚀两相流三维数值模拟

阐述低比转数离心泵叶轮内汽蚀两相流基本理论,采用两相流混合模型对叶轮内定常三维湍流汽蚀流场进行数值模拟。根据计算结果的液相和空泡相主要流动特征,分析汽蚀发生过程叶片上的静压分布,揭示叶轮内汽蚀两相流场的内在特性。     

超低比转数离心泵叶轮切割的三维流场数值模拟

为研究超低比转数离心泵叶轮直径切割量与泵性能变化的关系,选取IS 50—32—250型离心泵为研究对象,利用商业软件Fluent对不同叶轮外径下泵的三维流场进行数值模拟,计算出不同叶轮切割量下的叶轮和泵体流场中压力场和速度场的分布。通过对不同叶轮切割量的计算结果分析比较,得出超低比转数离心泵叶轮切割量对泵的效率产生很大影响：叶轮切割量为0.03时,泵的效率突然升高;切割量为0.09时,效率稍有下降;切割量为0.15时,效率突然产生大幅度下降。实际切割中切割量不能大于0.15,否则性能严重下降。     

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。     

低比转速泵叶轮水力设计方法综述

概括性地介绍了低比转速离心泵叶轮水力设计领域近年中取得的进展和新理论，讨论分析了不同目标的叶轮几何参数计算方法，如建立在对大量优秀水力模型统计基础之上的速度系数法、以计算机编程综合计算叶轮几何参数的解析法；介绍了特殊的叶片绘形方法，如单圆弧曲线，等变角、非等变角螺旋线等，并对这类叶轮水力设计的研究方向提供了有益的建议。     

低比转数离心泵叶轮内能量转换特性

对比转数为60的离心泵内部流场进行数值模拟计算,从叶轮做功过程和能量损失过程两方面分析了叶轮内能量转换特性.将叶轮按径向尺寸分为8个区域,展示了不同工况、不同区域中压力和粘性力做功大小、功率密度分布、湍动能耗散率分布、能量损失组成及分布等能量转换相关特征.结果表明,叶轮进口区域能量转换效率相对较低且受叶片进口安放角影响,叶轮中部区域是叶轮做功和流体获得能量的关键区域,叶轮出口区域对叶轮性能有显著影响,壁面摩擦损失是叶轮内能量损失的主要组成部分.     

江都站不同型号机组变速优化运行效果分析

以江都站不同型号机组、不同日平均扬程、不同运行负荷组合生成45种方案,并对每一种方案以单机组提水耗电费用最小为目标,采用动态规划法,分别按考虑分时电价与不考虑分时电价进行变速优化计算,同时进行考虑分时电价的常规运行计算,最后以单位提水费用作为分析指标,对不同型号机组变速优化运行效果进行比较分析,其结论为考虑分时电价、长江潮位影响等因素的站群优化理论研究提供决策依据,同时为大中型泵站改造与经济运行提供参考。     

基于BP神经网络拟合水泵特性曲线

通过试验的方法绘制出水泵的特性曲线是判断水泵是否满足设计要求的基础.特性曲线拟合的精度决定判断的准确性.人工神经网络具有较强的非线性处理能力和逼近能力.为此,在分析水泵性能试验及其特性曲线、阐明BP神经网络的方法理论及其特性的基础上,建立了BP神经网络拟合水泵特性曲线的模型,并加以应用.结果表明,其效果显著,具有工程应用价值.     

低比转数离心泵叶轮出口紊流流动结构分析

在叶轮内三维紊流流动数值计算的基础上，从介质能量的观点，分析了不同工况下低比转数离心泵叶轮出口处的紊流流动结构。数值计算采用SIMPLEC算法，在贴体坐标系下求解Navier—Stokes方程，紊流模型采用标准的κ—ε模型。计算结果表明，在叶轮的出口附近靠近吸力面一侧存在一个低能区，而压力面一侧能量相对较高。这与有关文献中所指出的离心风机的“射流—尾流”结构相对应。当偏离设计工况时，该低能区的范围和强度略有增加，相对应的叶轮效率也降低。计算结果与水泵在这些工况下的效率实验结果相一致，说明低能区的存在是影响低比转数离心泵效率的重要因素。