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.     

深井离心泵轴向力数值预测与试验

轴向力的预测和平衡是多级泵设计和优化中的重点和难点。以150QJ20型深井离心泵为例,在Fluent中采用标准k-ε湍流模型、SIMPLEC算法、二阶迎风方程,对包含叶轮、导叶在内的两级深井离心泵进行了全流场数值计算,对不同工况下的泵效率、单级扬程和单级轴向力进行了预测。随后对样机进行了外特性和轴向力的试验测量。将数值模拟结果与试验结果对比,分析了预测值与试验值的差异,结果表明利用数值模拟方法可以较为准确地预测深井离心泵的外特性和轴向力。     

叶轮前盖板与泵体轴向间隙对轴向力的影响

为了研究一种新型结构的离心泵叶轮前盖板与泵体轴向间隙对轴向力的影响,首先采用传统理论计算方法得到泵的轴向力,然后基于CFX软件,采用RNG k-ε湍流模型和高阶算法,对离心泵进行全流场数值模拟.通过改变叶轮前盖板与泵体轴向间隙方法,获得泵设计工况下的外特性、轴向间隙之间静压变化及转子部件轴向力,研究泵外特性、轴向力随叶轮前盖板与泵体轴向间隙的变化情况和变化规律.通过数值模拟计算研究表明:在设计工况下,随着离心泵叶轮前盖板与泵体间隙的增加,泵的扬程和效率逐渐减小;叶轮、背叶轮和副叶轮内的静压变化很小,叶轮前盖板与泵体轴向间隙内的静压变化明显;泵的轴向力先增大后减小.扬程数值模拟和试验结果误差为0.84%,轴向力理论计算和数值模拟的最大误差不超过5.75%,说明数值模拟的方法验证了用经验公式计算新型泵所受轴向力的准确性.     

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。     

水泵水轮机泵工况轴向力特性分析与改善

水泵水轮机是抽水蓄能电站的核心部件,水泵水轮机的轴向力特性对其运行稳定性与安全性具有主要影响。作为一种典型的立式机组,为防止抬机事故的发生,机组转轮部分需要具有向下的轴向力,但在泵工况下,该轴向力容易过大,并可能引起机组下沉。采用计算流体动力学方法,研究分析抽水蓄能水泵水轮机泵工况不同流量与活动导叶开度下的轴向力特性。研究结果表明,在泵小流量、小导叶开度、高扬程的工况下,向下的轴向力较大;采用对称布置的均压管路连接转轮上冠腔体与尾水管,轴向力变为轻微向上,扬程与水力效率无显著变化,有效解决了机组泵工况向下轴向力较大的问题,机组运行的安全性与稳定性得到了显著提高。     

海水淡化多级泵轴向力试验

针对叶轮轴向力计算方法有多种,且不同经验公式计算的轴向力相差很大的情况,通过对海水淡化多级泵的单级模型泵进行轴向力试验,找出泵腔压力分别与泵流量、扬程以及泵腔径向尺寸的关系,并对传统轴向力理论计算公式进行修正.通过分析可知,轴向力传统理论计算公式的计算结果与轴向力试验数据有一定的差距,这主要是由于传统理论计算是在泵腔内液体以叶轮旋转角速度之半（ω/2）旋转的假设条件下得到的;但两者轴向力的变化趋势相同,均在关死点处达到最大值.用修正的理论公式得到的值与试验值在各流量点、各半径处均能较好的符合.     

离心泵平衡孔和背叶片对轴向力特性影响

为研究平衡孔和背叶片对低比转数离心泵轴向力特性的影响,选用一台IS80-50-315型离心泵为研究对象,分别对只有平衡孔、只有背叶片及二者皆有、皆无4种方案进行试验与数值分析.结果表明,背叶片对泵水力性能的影响大于平衡孔,且对泵能量损耗起主导作用.在额定工况下,前泵腔内液体压力沿径向具有“阶梯型”变化规律,后泵腔内液体压力近似线性增大,平衡腔内液体压力随流量变化几乎呈直线分布趋势;同一台试验泵中,平衡孔对前泵腔和平衡腔内液体压力影响更大,背叶片对后泵腔内液体压力降低效果更佳.叶轮加背叶片后所受扭矩明显增大,仅有平衡孔时扭矩稍有增加.全流量工况下平衡孔对轴向力的平衡能力优于背叶片;两者共同存在时,平衡轴向力效果最差.     

QJ系列井用潜水电泵泵轴轴向力传感器的设计

QJ系列井用潜水电泵以其高效、低耗等显著特点,在农业灌溉和水利工程以及农村人畜用水中得到广泛应用.但是,其泵轴轴向力的大小直接影响该泵的使用可靠性及寿命,在该系列泵的科研及产品鉴定中,轴向力指标是必须控制和检测的项目之一,因此,井用潜水电泵轴向力传感器的设计便应运而生.     

叶轮后密封环直径加大量对轴向力特性的影响

以300QJ230-40/2型潜水泵为研究对象,以清水为介质,采用标准k-ε湍流模型在多重参考系下对该泵全流道进行了定常不可压数值模拟,获得了外特性和轴向力预测值,并绘制了性能曲线和轴向力随扬程变化的关系曲线;采用机械法对该泵轴向力进行了试验测量,并将模拟值与试验值进行对比分析.结果表明:在0.8Q_sp~1.2Q_sp(对应扬程为46~36 m)的工作区域,泵性能和轴向力的数值计算结果与实测结果基本吻合.在叶轮前密封环直径、平衡孔直径及数量不变的条件下,在叶轮后密封环直径加大量Δr_m≠0时,对该潜水泵进行了全流道数值模拟和轴向力数值计算,绘制了不同后密封环直径下泵轴向力随扬程变化的关系曲线,结果表明了加大后密封环直径能有效地减小轴向力;绘制了轴向力系数与比面积关系的无因次曲线.     

NTB型陶瓷多级泵内部流动的三维数值模拟

根据CAD水力设计对NTB型陶瓷多级泵进行三维造型及网格划分,应用CFX软件,基于雷诺时均N-S方程,采用标准k-ε湍流模型和多重参考坐标系,对该泵包括额定工况点在内的9个工况点下的内部流动进行了数值模拟,得到了静压分布图、速度矢量图、流线图等,定性分析了大、小流量和额定工况点下的内部流动规律,并预测了泵的性能曲线,模拟结果表明:设计工况下绝对速度分布较合理,蜗壳出口未发现回流,反导叶出口流速相差不大且方向基本相同,但其内部发现较大的轴向旋涡;由于叶轮与径向导叶、蜗壳隔舌的相互作用,两级叶轮中间截面流线均呈现局部非对称性,3种工况下首级叶轮均存在不同程度的射流-尾迹现象,且在小流量工况下叶片工作面处发现轴向旋涡.在此基础上于某厂试制了NTB型陶瓷多级模型泵,进行外特性试验,并将试验结果与模拟结果对比,发现试验结果与数值计算结果基本吻合,模型泵满足设计要求,NTB型陶瓷多级泵研制成功,同时,模拟结果可为今后的优化设计提供依据.     

核主泵前腔间隙对性能影响的数值计算

基于相对坐标系下的雷诺时均N-S方程和RNG k-ε湍流模型,采用SIMPLE算法,以清水为介质,对AP1000核主泵模型进行数值模拟.通过改变压水室与前腔间隙设计出4种不同方案,并对各种方案下泵内流动进行全三维数值模拟,获得不同间隙下模型泵轴向力和前腔内流动变化趋势和规律.计算结果表明:在工作流量(0.8Q_d~1.2Q_d)下,间隙变化对泵扬程和效率都有一定影响;核主泵前腔间隙变化导致泵最高效率点位置相对于设计工况发生偏移,其偏移方向和偏移程度与间隙变化无明显对应关系;在设计工况(1.0Q_d)下,泵效率在间隙为0.6 mm时高于其他间隙,相比间隙为1.8 mm时提高了1.66%;在1.2Q_d工况下,间隙为1.8 mm时效率高于其他间隙,相比间隙为2.4 mm时泵效率提高了2.17%;从全工况看,间隙对轴向力影响较小,轴向力随着流量的增大呈单调递减趋势,其计算值明显低于试验值,但随着流量的增加,理论计算值的相对误差有减小趋势.     

加大叶轮后密封环平衡轴向力的理论分析

轴向力一直是人们研究和关注的问题，国内外研究人员提出了许多平衡水泵轴向力的方法。文章从理论上证明了加大后密封环平衡轴向力的原理，并用文献[7]的实验结果得以验证，该方法简单易行，可实现水泵在负轴向力下工作。     

平衡鼓间隙对多级泵后腔压力及轴向力的影响

为研究多级离心泵平衡鼓径向间隙尺寸变化对末级叶轮后泵腔压力及轴向力的影响,基于SST k-ω湍流模型,应用Fluent软件分别对节段式多级离心泵进行数值计算,分别模拟平衡鼓径向间隙为0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5 mm的6种设计工况下,平衡鼓径向间隙尺寸对多级泵效率及平衡鼓轴向平衡能力的影响.计算结果表明,随着平衡鼓间隙增大,末级叶轮后泵腔内流体压力沿径向逐渐增大,后盖板外壁面压力分布不均匀;末级叶轮后泵腔中心截面压力呈平衡鼓间隙越大,后泵腔压力取值整体减小趋势,其压力幅值呈先减小后增大的趋势;末级叶轮所受轴向力在间隙为0.3 mm时最小;多级泵的效率随着平衡鼓间隙泄漏量的增大而降低,当泄漏量q>0.887 kg/s,效率降低明显.     

螺旋离心泵轴向力的数值计算与分析

针对螺旋离心泵轴向力求解时,数学模型建立和方程难以封闭等问题,为了实现螺旋离心泵轴向力的定量求解,研究其轴向力受介质的影响和随介质的变化规律,以150×100LN-32型螺旋离心泵为研究对象,选用清水和两相流含沙水作为介质,应用计算流体力学软件Fluent,建立相对坐标系下的时均连续方程及Navier-Stocks方程,并采用标准k-ε方程湍流模型和SIM-PLE算法进行数值模拟,得到螺旋离心泵内流场的压力分布后计算出轴向力,从而避开了单纯数学上定量求解螺旋离心泵轴向力的许多难题.在此前提下,通过研究在固液两相流介质中,颗粒体积分数、颗粒直径及不同的流量对轴向力的影响和变化规律,结果表明：螺旋离心泵的轴向力随两相流介质体积分数的增大而增大;随流量和颗粒粒径的增大反而减小.该结论对于提高螺旋离心泵的稳定性和延长其使用寿命具有重要意义.     

高温高压磁力泵流场模拟及轴向力分析

为满足炼油装置能够连续性生产的要求,对泵轴的密封性提出很高的要求,研究出用于输送高温热油的磁力泵技术.运用CFX软件对高温高压磁力泵进行全流场数值模拟,分析磁力泵流场的压力、速度、流线分布,比较磁力泵在高温热油介质和常温常压水2种介质下的外特性曲线,同时分析模型泵的轴向受力情况,验证设计的合理性.结果表明：设计的高温高压磁力泵适合在1.0Qd~1.6Qd的流量区间内工作,此时内部流线较为顺畅,叶片压力分布均匀,叶轮叶片未出现脱流现象,运行状况良好;介质的物理特性对磁力泵外特性性能曲线影响不大,磁力泵在高温热油和常温水2种介质下均可适用;内磁转子产生的轴向力相对于其他因素产生的轴向力较小,高温高压磁力泵产生的轴向力随流量的增大而减小,叶轮流道受到的合力随流量的增大而增大,叶轮各部分的静压力减小,总的轴向力减小;对磁力泵的水力结构及轴向力进行了校核,可为高温高压磁力泵设计提供参考.     

叶轮背叶片对离心泵轴向力影响的试验及分析

为了研究叶轮背叶片对离心泵轴向力特性的影响规律,以降速后的IS80-50-315型离心泵为研究对象,通过改变背叶片的宽度和数目,共设计出13种叶轮背叶片方案,并经过试验测试获得背叶片宽度和数目对泵性能、泵腔内液体压力及轴向力的影响规律.研究表明,当背叶片数目不变时,随着背叶片宽度的增大,试验泵的扬程和轴功率均增大,泵的效率逐渐降低;当背叶片宽度和数目增大到一定值时,轴向力的方向会发生改变,这将影响整机运行的稳定性.从平衡离心泵轴向力的角度出发,分析得出背叶片宽度t=3.5 mm、数目Z=5为最佳方案,此时轴向力方向为正、变化幅度较小.对比分析3种背叶片数目下,背叶片端部和泵盖的间隙δ与轴向力系数c_F关系曲线,得出间隙δ越小,背叶片平衡轴向力效果越显著.该研究成果为工程实践中背叶片的设计提供了理论依据.     

SDZ310型超高压多级离心泵的结构特性

针对目前多级离心泵转子轴向力难以平衡以及级间密封长期运行易损坏的问题,通过对SDZ310型超高压多级除磷泵的结构特性进行研究,设计了一种节段式自平衡双壳体多级离心泵.该泵的转子部件上叶轮对称布置,自动平衡转子部件上的轴向力,使其具有较长的寿命和可靠的运行性能.特别解决了除磷泵在除磷工况下运行时,由于频繁变化的工况导致的转子部件的轴向力频繁变化,进而使其难以平衡的难题.通过一种带节流阀式的集中式供油及回油系统,使得该泵能够满足长时间运行时的润滑和冷却的需求.采用由镀铬精密研磨而成的螺旋反抽密封,能够保证该泵在运转过程中级间无泄漏,保证泵的容积效率,进而提高了整机效率.     

深井泵的研究现状与发展趋势

简要回顾了深井泵的发展历史.针对深井泵的研究情况,分别从其结构演变、水力设计方法、轴向力平衡方法等方面进行了较为详细的介绍.通过分析国内外深井泵的研究现状,指出了格兰富公司生产的冲压不锈钢井泵是具有广阔发展前途的产品,而采用专利技术＂一种叶轮自身平衡轴向力的多级离心泵＂生产的新型井泵代表了深井泵一个更新换代的优秀品种.同时指出利用数值模拟来进行平衡轴向力研究是一种有效的方法.     

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.