轴流泵喇叭管的优化水力设计

将喇叭管和开散式进水池内的流场视为一个整体,采用文献[3]介绍的直接求解雷诺平均N-S方程和标准K-ε紊流模型方程组的方法,模拟了进水池和喇叭管内的流动,并在此基础上对喇叭管的形状进行了水力优化计算。     

轴流泵叶片的参数化造型及多参数优化

为了实现轴流泵水力性能的自动优化,建立了基于I-sight软件的轴流泵叶轮设计优化平台,实现了模型更新、计算域网格划分、数值模拟计算以及数据读写的自驱动.为了避免传统优化过程中出现的反复造型所带来的问题,对基于圆弧法设计的轴流泵叶片通过进、出口角及不同位置的叶片厚度进行参数化解析,据此提出一种轴流泵叶片的参数化造型方法,实现以较少的变量控制叶片的外形.以轴流泵的水力效率为优化目标,以叶片二维截面的进、出口角为优化变量,以表征性能的参数扬程为约束条件,应用多岛遗传算法对一台比转数为1 500的轴流泵进行优化计算.结果表明:通过500次迭代计算,额定工况的水力效率由80.4%提升到82.4%;在(0.8~1.2)Q_BEP,泵的水力效率均有所提高,高效区域得到了扩大.该结论对于叶轮机械的水力优化和工程应用,有一定的价值.     

潜水轴流泵叶片静力分析

潜水轴流泵内叶片的疲劳破坏是轴流泵使用寿命的重要影响因素之一。为研究叶片的不同位置处受水压影响产生高周疲劳的风险,本研究应用CFD方法,在模型试验结果验证的前提下,模拟轴流泵在设计工况下稳定运行时叶片的静力学特性。首先,采用定常计算模拟轴流泵内部定常流动,得到叶片表面的压力值。然后,应用流固耦合方法,将叶片表面的压力值加到固体域中,计算叶片在圆柱坐标系下的各方向的位移变化程度。设计工况下的耦合结果显示：叶轮叶片在轴向方向产生最大位移变形,最大变形量为0.040 0 mm,表明吸力面与压力面的压差对变形起主要作用;其次是周向变形0.014 5 mm与径向变形0.002 5 mm,且叶片在3个方向上最大位移变形均在叶片进口侧靠近轮缘位置。     

混流泵和轴流泵的叶片调节与调节机构

本文较全面地介绍混流泵和轴流泵叶片安装角调节的作用和结构,以及各种调节机构的优缺点     

64ZLQ-50型全调节轴流泵叶片调节方案的选择

拟通过64ZLQ—50型全调节轴流泵的研制、生产,试对轴流泵叶片全调节方案的选择、原理进行探讨。     

大型立式轴流泵叶片调节方式比较

介绍了大型立式轴流泵的叶片调节方式，对油压调节方式和机械调节方式从结构、工作原理、系统构成、控制方式、安装、检修与运行、自动化管理、泵的构造要求、投资、运行可靠性等方面进行分析比较，认为两种调节方式在大型泵站的运用都是成功的，但机械调节方式结构和系统构成更简单，控制方式和自动化管理更容易，安装、检修方便，对泵的构造要求不高，投资也少，机械式调节有替代液压式全调节的趋向。     

轴流泵叶片气蚀特性的数值模拟

轴流泵的气蚀主要以叶片气蚀和间隙气蚀最为常见,这种现象严重影响轴流泵装置系统的安全正常运行,甚至是不可避免的.运用两相流混合模型对典型立式轴流泵装置全流道流动条件下的叶片气蚀进行数值模拟.初步分析了叶片气蚀的初生、位置及内流特性等.也为相关深入的机理研究提供了基础和参考.     

基于iSIGHT的汽车盘式制动器多学科设计优化

综合考虑汽车盘式制动器的结构、运动学、热力学等问题,在Matlab中建立制动器时间模型,在ANSYS中建立制动器结构模型和温度场模型,通过数值分析计算进行多学科优化分析和设计.基于iSIGHT集成Matlab和ANSYS,构建制动器多学科设计优化仿真流程及平台,通过二次开发实现参数的提取、输出、更新以及各软件间的数据交换.实际运行结果表明,改善了制动器制动效果,缩短了制动时间并减小了制动器质量.     

东深供水轴流泵叶片裂纹原因分析及处理

1999年12月东深供水工程停水检修期间,在对泵站机组进行例行检查时,发现16台泵的叶片出现不同程度的裂纹,长度约10～110 mm,位置大部分在叶片正面根部(见图1),个别叶片的背面也出现了裂纹.     

基于流固耦合的轴流泵叶片应力特性

为计算轴流泵叶片的应力及变形情况,在Workbench平台上,采用Ansys和CFX软件对轴流泵内部流场和叶轮结构响应进行双向顺序流固耦合联合求解,其中流场计算基于RANS方程,采用RNG k-ε双方程湍流模型,结构计算采用弹性体结构动力学方程.对叶轮叶片在流固耦合作用下的变形和应力分布进行了计算,分析了流固耦合作用对轴流泵扬程和效率的影响.计算结果表明:在流固耦合作用下轴流泵叶片的最大位移发生在叶片进水边轮缘处,叶片出水边及根部位移较小;叶片根部与轮毂接触处靠近进水边一侧存在明显的应力集中现象;叶片的应力和变形均随轴流泵流量的增大而逐渐减小;与不考虑流固耦合作用相比,考虑流固耦合作用的数值计算得到的轴流泵扬程和效率均有所下降,但下降幅度较小.     

基于CFD的轴流泵针对性设计与试验

凌城抽水站各运行工况下的扬程范围变化比较大,在对该泵站轴流泵选型分析时发现,南水北调同台测试中的水力模型能够满足其运行的基本要求,但均有其不合理性:高效区扬程满足设计扬程时,最高扬程缺少安全余量;最高扬程满足时,高效区扬程偏离设计扬程,效率偏低。基于CFD计算对凌城站水力模型进行针对性设计,通过改变叶栅稠密度和翼型安放角,采用多工况优化设计的方法,使得最终设计方案能够满足凌城站的运行要求。然后对水力模型的最终设计方案进行泵段数值模拟研究,数值模拟结果表明该针对性设计的水力模型效率较高,同时兼顾到凌城站最高扬程的要求。最后对针对性设计的水力模型进行泵段试验,试验结果表明基于CFD的轴流泵水力模型的针对性设计是准确的、可靠的,针对凌城站设计的水力模型确实能够更好地满足该泵站的特殊水位要求。同时也说明,对于大型泵站的更新改造,水泵水力模型的针对性设计研究是必要的。     

双流道泵蜗壳多目标多学科设计优化

为实现同时提高双流道泵水力性能和结构性能的研究目标,采用均匀试验设计、高精度流固耦合计算、人工神经网络建模以及多目标遗传寻优相结合的方法,选取蜗壳的进口直径、进口宽度、隔舌安放角和扩散段长度为优化变量,利用均匀试验设计方法设计了50组试验,通过流固耦合计算方法得到双流道泵设计工况点的效率以及蜗壳段的最大应力,并以此为优化目标,通过BP人工神经网络训练建立近似函数,设计了离心泵专用的多目标多学科遗传寻优策略对目标函数进行寻优,得到了蜗壳几何参数组合的Pareto前沿。结果表明:相对于原始方案,优化方案的扩压效果明显改善,并且减少了隔舌处及扩散段的回流现象;优化方案的效率得到提升;优化方案的最大应力和最大应力点的平均振动速度显著降低。     

柴油机运动机构多学科协同优化设计

研究多学科耦合作用下的结构快速设计优化技术,提出将多学科设计方法应用于柴油机结构设计,实现了柴油机运动机构综合性能优化.建立曲轴-连杆-活塞结构三维参数化模型,以结构轻量化为设计目标,结构静强度、振动性能和热性能等为约束,基于多学科协同优化设计思想建立设计优化模型,完成了柴油机运动机构的多学科性能综合优化并取得了良好的优化结果.     

高比转数轴流泵水力模型设计

与传统升力法和圆弧法设计不同,以流线法设计高比转数轴流泵水力模型,提出了叶轮出口线性修正的环量分布规律,冲角以轮毂到轮缘增加的新方式进行选择,取值范围为0°～3°,比转数越大,冲角取值越小。应用CFD技术,数值模拟了泵段水力模型全流道流动情况,优化了水力设计参数选择规律,大大减少了水力模型制作和模型试验的次数,研制出了系列轴流泵水力模型,在天津进行的水利部南水北调工程水泵模型同台测试中,该系列模型具有较高的效率和较宽的高效区特性。     

轴流泵多目标优化正交试验

为了整体提高轴流泵的水力优化设计水平,找出影响轴流泵性能的主要几何参数,运用正交试验方法,以扬程、效率、轴功率和压力脉动作为试验评判指标,将综合频率分析法应用到轴流泵多目标优化设计中。基于L_9(3~4)正交表得到了9组方案,研究叶片数、翼型、轮毂比和叶片与导叶间距离对轴流泵的扬程、效率、轴功率和压力脉动的影响规律,并通过综合频率分析法确定了一组最佳试验方案。结果表明:该最佳试验方案在设计流量下,水流在叶轮及导叶段中的流态较好,水流流线顺畅,分布相对均匀;轴流泵模型在流量和扬程满足改型要求的同时,效率提高了5.7%;轴功率下降了1.21%;压力脉动系数降低了11%,验证了综合频率分析法在多目标正交优化中的可行性。     

轴流泵的性能分析及其运行调节

轴流泵是常用的一种泵型，由于具有低扬程、大流量的特点，在低洼区和平原地区的排涝灌溉中得到广泛的应用，为了合理选择和使用轴流泵，必须了解轴流泵的有关性能，正确分析轴流泵的性能曲线，以便使轴流泵经常在高效区域内工作，并且使轴流泵在充水、起动、运行和停止动作中都能正常进行。文章对此作了较为详细的分析。     

轴流泵能量特性试验分析

结合江苏某泵站，对轴流泵进行了能量特性试验研究，试验分别对两个模型转轮进行了能量试验。试验结果表明叶片翼型对水泵性能影响较大，采取较小的弯度和较大的叶栅稠密度能有效提高水泵工作效率。     

轴流泵系统技术创新与发展分析

论述了我国轴流泵系统水力性能研究和技术创新,探讨了轴流泵系统研究发展趋势。阐述了高比转数轴流泵水力模型和应用发展的过程;通过归纳轴流泵系统特点提出按电动机安装位置进行分类,即轴伸式轴流泵系统和贯流式轴流泵系统两类结构形式。分别阐述了不同类型轴流泵系统在泵站工程中的创新应用。从技术发展的角度研判轴流泵系统的发展趋势及应用前景。讨论了传统水泵选型方法的局限性,分析了适用轴流泵系统的水泵选型新方法的合理性。分析基于试验数据的轴流泵变角调节公式及适用性;分析了进水旋涡危害和安全策略,总结了进水池旋涡研究的成果和消防涡措施。针对该领域研究发展中的现实和潜在问题,提出进一步深化研究创新的思路。     

轴流泵叶轮内空化流动的数值计算

首先通过轴流式模型泵外特性试验,确定了汽蚀性能曲线。基于完整空化模型和混合流体两相流模型,对轴流式模型泵设计工况下叶轮内空化流动进行全流道数值计算。选择空化开始发生、临界汽蚀点以及空化严重时3个工况比较分析叶轮内空化流动的发展情况。计算获得了不同汽蚀余量时叶片背面静压、空泡体积组分分布和不同轴截面上的空泡体积组分分布。计算结果表明空化最初发生在叶片背面进口靠近轮缘的局部低压区;在临界汽蚀点处,空化发生的区域位于叶片背面进口至出口弦长的2/3处,面积约占叶片背面面积的50%,随着空化程度的进一步加剧,空化区域逐渐向后发展且空泡体积组分逐渐变大,当叶轮流道内发生局部空化时,不会影响到泵的能量性能;空化严重时,靠近进口截面的过流面积受到严重堵塞,泵的能量性能严重下降。计算结果与外特性试验相吻合,较好地揭示了轴流泵叶轮内的空化流动的静态特征。     

基于正交试验的轴流泵优化设计

对轴流泵进行正交试验法优化设计,为了研究叶轮、导叶、喇叭管对轴流泵性能的影响,设计了一个三因素二水平的正交方案。对每个方案进行试验测试,通过分析每个试验方案的性能曲线图,得到了对于各个性能的最优方案,对各个方案的试验数据进行极差分析,得到了轴流泵叶轮、导叶、喇叭管影响性能的主次顺序。通过分析与比较得出最优参数组合,即叶片角度ψ=0°的叶轮,加导流锥的导叶体,进口直径与叶轮直径比值为DL/D0=1.56、高度HL/D0=0.82的喇叭管。试验结果表明,最优组合方案在额定流量点扬程高于设计值6.16%,效率比规定值高出5.07%,轴流泵的高效区较宽,性能达到设计要求。