离心叶轮内相对速度分布及叶片出口角与离心泵性能的关系

本文研究了离心叶轮内的流动及不同叶片出口角对离心泵性能的影响。在三元流动理论的基础上,编制了用流线曲率法求解离心泵叶轮流场的正命题程序。并将计算结果与不同出口角叶轮的实验结果进行了分析和比较,所得信息可为叶轮的筛选和设计方法的改进提供依据,以期改善泵的性能。     

单级与多级侧流道泵内部流动特性

为了研究前置离心叶轮对侧流道泵性能以及内部流动特性的影响,基于SST-SAS湍流模型,对不同工况下单级以及多级侧流道泵内部流动进行三维非定常数值模拟,研究了单级与多级侧流道泵扬程、侧流道泵叶轮进出口压力、侧流道间的质量交换以及旋涡结构分布特性.结果表明:添加前置离心叶轮后的多级侧流道泵扬程整体有所提升,侧流道叶轮的进口压力提升了20%,叶轮与侧流道之间的质量流量也提升了约20%,多级侧流道泵叶轮内涡团分布与单级泵分布规律基本相同,添加前置离心叶轮对侧流道泵内部流动影响较小.研究结果为后续多级侧流道泵的空化研究以及结构优化提供了参考.     

潜水离心泵叶轮叶片数及导叶叶片数的匹配

为分析叶轮和导叶叶片数对潜水泵性能的影响,在原型泵(叶轮叶片数为7,导叶叶片数为8)基础上设计了9个不同叶轮和导叶叶片数的潜水泵模型,基于雷诺时均Navier-Stokes方程Spalart-Allmaras湍流模型对各模型泵内的流场进行了三维定常数值模拟计算,获得了泵的扬程和效率曲线.结果表明,当潜水离心泵泵的叶轮叶片数为6,导叶叶片数为8时,潜水泵具有最佳的整体性能.性能最优潜水泵效率提高2.61%,扬程提高0.574 m.通过对性能最优和原潜水泵内流场对比分析发现,性能最优潜水泵具有更大的相对高压区,叶轮和导叶叶片数变化对潜水泵流场速度分布影响较小.通过对原型潜水泵的外特性试验验证了数值模拟方法合理可行.     

低比转速叶轮叶片数的选择准则

离心叶轮叶片数的正确选择是提高叶轮水力性能的重要措施.通过考查国外最新速度系数法设计资料和分析影响叶轮流道脱流和园盘摩擦损失的多种因素,提出了与传统观点相反的结论：增加低比转速离心叶轮叶片,并不是改善叶轮水力性能的有效途径,在合理选定叶片包角、叶轮出口宽度及优化叶轮直径的条件下,适当降低低比转速叶轮叶片数,对提高叶轮水力效率、消除离心泵的特征曲线的驼峰都有重要意义.这一新观点为设计人员正确确定低比转速叶轮叶片数提供了重要参考.     

多级离心泵叶轮叶片刃口设计验证及应用

【目的】为了提高多级离心水泵的运行效率,提升国内水泵的竞争力。【方法】笔者通过创新和优化设计方法,参考国内外优秀水泵设计,在验证叶轮叶片刃口设计及应用的可行性过程中,开发阶段采用水力性能模拟软件及先进的3D打印技术,缩短产品的开发周期;工业化阶段针对刃口叶片的冲压成型问题,采取优选法进行可行性研究类比分析,运用工装定位的321法则解决双曲面叶片的激光焊接定位问题。【结果】水力模拟分析软件进行模拟水力测算,泵效率为82.4%;工业化改善刃口叶轮性能测试结果显示泵效率为82.97%。通过单因素变量测试对比分析可知,刃口叶轮泵效率提升1.53%,符合泵效率提升1%～3%的预期值。【结论】通过本次多级离心泵叶轮叶片刃口的设计开发、工业化及测试结果,该结构可明显提高水泵的使用效率,具有较高的实用价值。     

叶轮几何参数及效率的迭代计算

为保证离心叶轮几何参数设计计算的准确性。文章介绍了确定泵容积效率，机械效率和水力效率的迭代方法，以保证泵在运行中实现用户给定的性能要求。     

单叶片开式叶轮的水力设计

系统介绍了单叶片开式叶轮污水泵的水力设计方法，在多种规格泵的试验统计数据基础上，推出了确定叶轮主要尺寸的计算公式，对单叶片的形状和最佳流线的绘型方法进行了详细的阐述，并提出了改善泵性能的一些建议。     

渐开线型圆柱形叶片

低比转速叶轮内过高的逆压梯度引起叶片表面脱流是这类叶轮水力效率较低的重要原因,为提高低比转速泵的效率,本文作者以力学方法导出了渐开线的两项重要几何特性,这些特性决定了以这种曲线形成的圆柱形叶片将减少叶片脱流可能,改低比转速叶轮善水力性能。     

叶片安放角变化规律对离心泵性能影响分析

分析了3种不同叶片安放角变化规律对泵性能的影响.叶片工作面和背面的相对流速根据流道内质点运动微分方程求解,压力分布根据相对运动Bernoulli方程计算,将压力力矩沿叶片表面进行积分得到泵叶轮的等价输入功率.根据叶片表面的相对速度计算叶轮扬程的滑移系数,进而计算各工况下泵的扬程以及水力效率.通过分析及试验研究表明,采用滑移理论可以准确分析设计工况点叶片安放角变化规律对泵性能的影响,双圆弧和线性变化规律的差别对泵的扬程影响不大,单圆弧叶片叶轮的扬程略低.影响滑移系数的关键是叶片工作面靠近出口部分的型线的设计.     

离心叶轮内流场的PIV实验

离心叶轮内流场的流动规律是泵的扬程、效率等外特性指标的决定因素.以PIV测试系统在一自行研制的透明离心叶轮内多工况测试了相对速度分布.以大量实验数据为依据,总结了叶轮内流场一些流动规律,并以理论方法分析揭示了这些规律的力学原因.     

离心叶轮内流场的PIV实验

离心叶轮内流场的流动规律是泵的扬程、效率等外特性指标的决定因素。以PIV测试系统在一自行研制的透明离心叶轮内多工况测试了相对速度分布。以大量实验数据为依据,总结了叶轮内流场一些流动规律,并以理论方法分析揭示了这些规律的力学原因。     

分流叶片对离心泵空化性能影响的数值分析

为了研究分流叶片对离心泵空化性能的影响规律,以模型泵IS50-32-160为研究对象,设计了1种不带分流叶片与3种带分流叶片不同短叶片进口直径的叶轮,利用CFD对此离心泵的全流道进行了数值模拟,并对分流叶片离心泵在不同空化余量时泵的空化性能和叶轮内部流场分布进行分析研究.分析结果表明:添置分流叶片后,泵的扬程和效率均显著提高,但短叶片的长短对扬程和效率的影响不大;添置分流叶片后,泵的抗空化性能均有提高,且当离心泵短叶片进口直径为0.725D₂时,离心泵的抗空化性能相对较好,必须空化余量比其他2个带分流叶片方案减小了0.5 m;空化发生以后,叶轮出口射流速度会增加损失,同时叶轮内部速度的减小又会减少叶轮产生的动能,因而扬程会发生突降;带分流叶片的方案气泡分布情况比无分流叶片方案均有一定的改善,添置分流叶片后,气泡发展较为缓慢.     

叶片数及分流叶片对离心泵流场和空化性能的影响

对一低比转数离心泵模型,在叶片数分别为3个长叶片,3长3短(3/3)分流叶片,6个长叶片的三组叶轮方案下,对离心泵内部三维定常湍流空化流场进行数值模拟,计算不同叶轮方案下的外特性曲线和空化特性预测曲线。结果表明:在空化充分发展的工况下,叶片数少的叶轮方案扬程对NPSH降低较敏感;随着叶片数的降低,叶轮进口低压区面积减小,叶片的载荷增大。采用分流叶片,不仅减轻了叶轮进口处因叶片太多带来的排挤严重现象,而且提高了泵的扬程,离心泵空化性能也得到改善。随着叶片数的增加,叶片表面载荷逐渐减小,对于带分流叶片的叶轮,长叶片载荷在径向位置大约为分流叶片进口直径处下降曲线变陡。模拟结果能较好地反映不同叶轮方案下叶片数对离心泵内空化发生的影响,为空化特性的研究奠定了一定的理论基础。     

基于变倾角叶片型线方程的螺旋离心泵轴面速度确定

根据固液两相流在螺旋离心泵叶轮内通过螺旋段和离心段的不同运动特性,以及螺旋离心泵的结构特征,推导了螺旋离心泵的变倾角叶片型线方程.该方程避免了螺旋离心泵一元设计理论对设计经验的依赖性和叶轮轴面流线分点的复杂性,可通过改变型线方程中的参数来改变流体从轴向至径向过渡时液流的轴面速度分布,从而找到最佳的轴面速度分布,对该类型泵的计算机辅助设计、内部流场数值模拟以及泵性能改善有重要意义.     

小流量工况叶片数对多相混输泵增压性能的影响

叶轮叶片数是多相混输泵设计的重要参数,同时与泵的性能密切相关。为了研究叶片数对多相混输泵增压性能的影响,以自主研发的多相混输泵为研究对象,使用Geometry软件改变叶轮叶片数。基于标准的k-ε湍流模型,选用Fluent软件来对小流量工况下叶片数分别为3,4和5的多相泵内流动特征进行数值计算,总结不同叶片数对其内部压力分布和增压性能的影响规律。研究发现:在叶片压力面,当叶片数为4时,叶片进口低压区面积最少、压力变化均匀,同时对介质增压效果较好。因此,综合比较发现当叶片数等于4时的混输泵增压性能最好。     

短叶片包角对离心泵水力性能影响的数值研究

为了研究短叶片包角对离心泵内部流动和性能的影响。在原型泵叶轮(具有8长叶片)的基础上设计了4长4短的叶轮,通过多次改变短叶片包角。采用全黏性三维湍流数学模型数值模拟计算了4组长短叶片离心泵内流场,对比分析了不同短叶片包角设置方案对泵的包角-扬程、包角-效率等外特性曲线及叶轮内流场在不同情况下的流动分布。结果表明:短叶片包角在一定范围内,随着包角的增大,泵的最高效率略有提高;同时随着短叶片包角的增加,泵在设计工况下运行时叶轮进口处负压有所增大,湍动能损失不断减小。     

水泵的内漏与修复

水泵的内漏与修复水泵运行一段时间后，提水效率逐渐降低，除泵体、泵叶轮等的磨损、气蚀等原因使水泵性能变化外．水泵的内漏损失和外漏损失（泵管接头、填料函等的泄漏损失）是一个重要因素。一、什么是水泵内漏？水泵在运行过程中，进入泵体（压力室）的水流经过水泵叶...     

叶片型线对渣浆泵水力性能及叶轮磨损特性的影响

为研究叶片型线对渣浆泵水力性能及叶轮磨损特性的影响,以LC100/350型渣浆泵为研究对象,工质为石灰石浆液,在叶轮轴面及叶片进出口安放角等参数不变的条件下,采用对数螺旋线进行叶片型线控制,通过数值计算方法,采用离散相模型,分析渣浆泵叶轮叶片型线对其水力性能及磨损特性之间的关系.计算结果表明:采用变角螺线法设计的圆柱形叶片有利于提高水力效率,但将导致扬程的小幅降低;包角120°的叶型为设计空间水力性能最优叶型;不同的叶片型线条件下,渣浆泵的水力性能与其叶轮磨损特性相互制约;小包角的叶片导致泵的水力性能下降,但叶轮磨损强度相对较低;叶轮的磨损强度与固相浓度呈正相关关系,叶轮磨损最严重的部位位于后盖板靠近轮毂的区域;在大流量工况下叶片包角对叶轮磨损强度影响较额定工况及小流量工况显著得多,颗粒粒径的变化与颗粒浓度的变化对泵的水力性能及叶轮磨损特性的影响基本一致.     

螺旋离心泵工作特性理论分析

螺旋离心泵具有独特的螺旋离心叶轮,这种叶轮使得螺旋离心泵较之于普通污水泵具有一系列的优点,从流体力学和泵的基本理论出发分析了螺旋离心泵的无堵塞性、调节性、能量性能、汽蚀性能等工作特性及其机理,为进一步研究其内部流动机理和新的设计方法提供借鉴。     

大出口角叶轮离心泵输送粘油性能计算

采用FLUENT计算了44°大出口角叶轮离心泵输送水和粘油的水力性能,通过研究叶轮理论扬程、滑移系数、水力损失系数等重要参数,重点研究了液体粘度对泵水力性能的影响,并将计算的泵扬程和效率与试验数据进行了对比.分析了＂扬程突升＂现象和叶轮理论扬程曲线出现驼峰的原因.结果表明,计算的泵扬程和效率与试验值仅能部分吻合.虽然能够预测出＂扬程突升＂现象,但是不能象试验那样在较宽粘度范围内得到维持.小流量工况的蜗壳与叶轮的强烈作用是叶轮理论扬程出现驼峰的原因.增加叶片出口角会使各个工况下的蜗壳和小流量下叶轮水力损失加大,但大流量下叶轮水力损失下降.