SDZA型高温高压循环泵的研制

SDZA型泵是一种耐高温、耐高压、耐磨型,且符合API610设计规范的重型化工离心泵。为此,根据SDZA型高温高压循环泵的性能特点,以及在水力设计中所要考虑的主要问题,依靠国内的科研实力进行研学和开发国外的先进产品,并且取得了很好的效果。     

羰化循环泵的机械密封设计

针对在羰基化合成醋酐工艺装置中,国产羰化循环泵在投入使用后机械密封很快失效的情况,提出对密封选材、结构设计、型式及辅助系统布置的改造方法.从经济性方面考虑结合挂片试验结果,确定采用哈氏B2作为机械密封的结构材料,全氟醚橡胶作为辅助密封材料;将机械密封设计成两级串联集装式平衡型机械密封结构,以此防止所输送的易燃、易爆、有毒高危介质（如醋酸、碘甲烷、碘化氢、丙酸等）外漏;对密封采用PLAN32＋PLAN54＋PLAN62的冲洗方案,改善密封工作环境;首级密封静环的前面设置挡环和卡簧,控制静环轴向位移;对压力较高的次级密封的各个参数进行了合理的选取和设计,保证端面的承压能力并减少摩擦生热,从而大大提高了机械密封的使用寿命和可靠性.     

基于全因子试验碱液循环泵固液两相流数值计算与性能预测

通过全因子试验设计并结合欧拉-欧拉多相流模型对碱液循环泵进行全流场固液两相流动数值模拟,对含不同颗粒直径(0.2,0.6,1.0 mm)、不同颗粒体积分数(5%,15%,25%)和不同颗粒密度(2 400,2 800,3 200 kg/m³)时碱液循环泵的外特性数值解进行定量分析.结果表明:颗粒体积分数以及颗粒体积分数与颗粒密度的交互作用对碱液循环泵外特性影响较大;颗粒直径与颗粒密度作为与颗粒质量相关的量,对流场的作用也较为相似.建立了不同颗粒属性与碱液循环泵外特性相关的数学模型,并对碱液循环泵输送含有固相颗粒介质的外特性进行定量数值预测,为碱液循环泵的水力设计提供了理论参考.     

立式循环泵进水流道的内部流场研究

进水流道设计是大型立式循环泵装置设计中的重要环节,为了解不同工况下叶轮对流道出口流场的影响,分别对考虑叶轮影响和不考虑叶轮影响下的进水流道内部流场进行计算和分析.研究发现不考虑叶轮影响下的进水流道内部流场特征几乎不受流量变化的影响,而考虑叶轮影响的进水流道情况则比较复杂.在小流量情况下,叶轮流场的进口回流效应会对进水流道出口流场产生显著影响.随着流量的降低,进水流道出口分析截面内的流速分布均匀度和流速加权吸人角两个指标逐渐降低,在0.4Q0流量时,截面外缘出现明显的圆周速度分量,其变化接近于涡核内的圆周速度曲线,并不断向叶轮上游流道扩展.     

液压盘式制动器模型试验

设计了通过测量制动臂所受的弯矩间接获得制动力矩的实车制动试验,采用系统辨识法获得制动力矩系数,得到盘式制动器试验模型.首先对应变电压-制动力矩的关系进行标定,然后实车测试不同制动工况下的制动力矩.根据实车试验得到制动压力,采用系统辨识的方法获得车辆制动压力-制动力矩的传递函数.试验结果表明,前、后轮的液压-制动力矩关系式可适用于不同工况下的制动力矩计算;制动器理论模型和试验模型的增益系数基本相符,但试验模型具有一阶惯性环节,更能准确地反映实际车辆的制动压力-制动力矩之间的关系.     

车用凸轮式氢气循环泵内非定常流动特性

为了研究高转速工况下车用凸轮式氢气循环泵内部流场分布规律和压力脉动特性,以某一种车用凸轮式氢气循环泵为研究对象,建立三维瞬态计算流体力学模型,基于ANSYS Fluent软件的动网格技术,采用Realizable k-ε湍流模型和PISO压力-速度耦合算法,对氢气循环泵全流道进行非定常可压缩数值模拟.通过在氢气循环泵旋转流道周向设置压力脉动监测点,应用快速傅里叶变换(FFT)技术获得各监测点的压力脉动频域图,得到流道内压力脉动频率分布规律.将数值模拟结果和理论分析结果进行对比,验证了基于动网格技术的数值模拟方法能较准确地预测车用凸轮式氢气循环泵内流脉动特性.研究结果表明:数值模拟得到的排气流量平均值和理论分析结果误差为4.7%,可以较准确地反映泵内部气体流量脉动规律;通过分析排气流道内涡量场分布,发现排气流道内出口回流和负的z向涡量正相关,随着出流气体占据排气流道,负的z向涡量消失;氢气循环泵旋转流道周向压力脉动主频为267 Hz,与转子旋转基频一致.研究结果为进一步分析凸轮式氢气循环泵内流脉动特性提供了一定依据.     

锅炉循环泵的泵壳改型与应力安全分析

为降低生产成本,通过采用铸造生产代替锻造生产并且减小半球形压水室内径的措施对一种现有的锅炉循环泵的泵壳进行改型．采用Ansys Mechanical软件,参照ASME标准第Ⅷ-2卷,疲劳计算应用一般迈内尔(Miner)准则和雨流计算法,计算4种泵壳的静态强度使用系数和低循环疲劳使用系数．结果表明:4种泵壳的静态强度使用系数和低循环疲劳使用系数均小于1;内径减小至0875倍时,最大静态强度使用系数减小了7％,最大低循环疲劳系数减小了84％;壁厚增大至1375倍时,最大静态强度使用系数减小了163％,最大低循环疲劳系数增大了2214％．说明选用铸造材料代替锻造材料是应力安全的;小内径可提高静态强度性能,并显著提高低循环疲劳性能;大壁厚可显著提高静态强度性能和降低低循环疲劳性能．     

新系列轴流泵模型试验研究成果报告

介绍了江苏大学和江苏省水利科技咨询中心轴流泵模型课题组研制的系列轴流泵模型,参加在天津进行的水利部南水北调工程水泵模型同台测试结果,技术指标分析评价,模型设计有关问题的考虑等。     

燃料电池凸轮式氢气循环泵内流场仿真与气动特性研究

为降低燃料电池氢气循环泵运行产生的振动及噪声,基于凸轮式氢气循环泵基本理论,建立某循环泵内流场CFD仿真模型,通过仿真分析得出：随着转速增加循环泵的实际排气流量逐渐增大;理论排气流量与数值模拟结果误差低于4.4%,可以较准确地反应氢气循环泵内部气体脉动的规律;当转速在8 000 r/min时内泄漏量最小,容积效率最大,氢气循环泵的转速影响内泄漏量从而影响容积效率;压力脉动频率与转速负相关,压力脉动强度与转速正相关。因此,需选择合适的额定转速,避免因转速过高造成工作效率降低。     

考虑气象条件变化的火电厂循泵优化运行

以循环冷却水系统整体作为研究对象,基于循泵优化运行模型,并充分考虑气象条件变化对循泵优化运行的影响,绘制出可直接根据气象条件指导循泵优化运行的一种新型等效益曲线及相应的净收益功率曲线.以某电厂660 MW机组为例,将新型等效益曲线与现有等效益曲线进行对比应用分析.结果表明:在循环冷却水系统中,根据现有等效益曲线查取的循泵运行方式并不总是“最优”的,甚至在相同的机组负荷、气象条件下,仅因当前工况循泵运行方式的不同,所查取的最优循泵运行方式也可能不同,但是新型等效益曲线始终能够合理地指导循泵优化运行.同时,利用新型等效益曲线及净收益功率曲线对660 MW机组的循泵优化运行进行了技术和经济研究分析.通过对比不同机组负荷下的净收益功率曲线发现:在夏季高温情况下,循环冷却水系统在机组低负荷下的运行费用有可能高于在机组高负荷下的运行费用.     

1 000 MW级核电站用喷淋泵泵壳安全性分析

安全壳喷淋系统是保障核电站安全的关键设施,该系统中的喷淋泵更是核电站的核心安全设备.以一台核电站用安全壳喷淋泵为研究对象,对其进行安全特性方面的研究,以验证其设计是否满足抗震规范要求.首先,对泵壳结构体进行模态分析;其次,对其结构体加载运行基准地震载荷和安全停堆地震载荷,并进行基于模态响应下的地震动分析;最后,对泵壳内壁表面加载热变载荷,并对结构体进行热冲击计算.结构体安全性分析的结果表明:喷淋泵壳体的基频为104.45 Hz,远大于33 Hz,为刚性结构,结构体振动方式以水平方向运动为主.热冲击作用下产生的高热应力区域集中在泵座与壳体交界处;地震动作用下的地震动效应高应力区域集中在壳体上的结构分布不均匀处.无论是在热冲击还是地震动作用下,高形变区域均集中在泵底.泵壳结构体上出现的最大应力小于ASMEⅡ所确定的材料许用应力,满足抗震规范要求.     

核电站离心式上充泵多工况水力设计

离心式上充泵为多级双壳体结构,根据核电站系统要求,其水力性能需同时满足5个工况点.为实现上充泵多工况水力设计,在系统总结离心泵非设计工况研究进展的基础上,提出了多种叶轮水力设计方案优化组合与叶轮多工况水力设计相结合的技术,并进行了上充泵多工况水力设计实践.利用多级离心泵叶轮组合原则对上充泵所要求的多工况点进行拆分,得到不同叶轮性能曲线优化组合设计方案,分别进行首级叶轮、2-4级叶轮和5-12级叶轮水力设计.按照设计方案制造4级泵样机（转速2 950 r/min）,并进行性能试验.试验结果换算到4 500 r/min与规定值对比表明,有4个工况点满足要求,大于规定值2.6%;仅最大流量工况扬程偏低,低于规定值11.8%,实现了多工况水力设计目的.     

600MW火电机组用循环水泵改型设计

介绍了600 MW火电机组用大型立式循环水泵的一种改型设计方法,即针对同一模型,叶轮与导叶体采用不同的换算系数进行设计.以天津盘山电厂一期2×600 MW及成都金堂电厂一期2×600 MW循环水泵设计为例,分别采用常规设计和改型设计方法进行了设计.详细说明了设计方法、设计要点及理论和实测性能曲线等.结果表明,当叶轮与导叶的换算系数相差在3%的范围,且叶轮与导叶体结合部位能够光滑过渡的情况下,用大叶轮配小导叶进行相似换算与叶轮及导叶体采用同一换算系数所测得的性能可以与模型泵性能相一致.     

基于能量价值理论的电站循泵优化及系统开发

节能降耗与追求利润是市场经济条件下电力生产的主题.以工程热力学和能量价值理论为基础,利用汽轮机背压修正曲线、循环水泵和凝汽器的特性公式,并充分考虑煤、电能量价值的市场差异,分别建立了基于供电煤耗的循环水系统能耗优化模型,以及基于能量价值理论的循环水系统经济优化模型的目标函数.开发了基于PI实时数据库和.NET平台的火力发电厂循环水优化系统,以一定周期从PI数据库中实时读取电厂最新工况信息,进行数据预处理和稳态判别,利用遗传算法计算生成循环水泵的最优在线运行方式,求出该运行方式下的优化收益,给出了操作建议.该系统已在某电厂6台机组上实现了循环水泵的在线优化调度.实际运行表明：在某工况下,该电厂1#、2#机组通过减开一台循环水泵,节约厂用电量975.46 kW,增加收益171.18元/h,减轻了运行人员操作的盲目性,改善了循环水泵粗调或不调的现状.该系统界面友好,操作性强,易于移植和推广.     

基于CFD技术的核电站上充泵全流场数值模拟

为研究核电站上充泵内部流动规律,基于计算流体动力学（CFD）技术,采用Reynolds时均N-S方程和标准k-ε湍流模型,压力、速度耦合使用SIMPLEC算法,对1 000 MW核电站离心式上充泵全流场的三维定常湍流进行数值模拟,得到上充泵各级叶轮-导叶内部的速度、静压以及湍动能分布图,并对其内部流动状态进行分析.在数值模拟的基础之上,对4级上充泵样机进行了性能试验,并且换算成12级实型泵的性能,将性能试验结果和模拟性能预测结果进行对比.数值模拟结果表明：在叶轮、导叶间隙处出现局部低压区;叶轮出口和导叶进口交界区域速度分布不均匀,局部区域有逆流和旋涡,造成部分水力损失;叶轮出口和导叶进口处的湍动能较大,且分布极不规律,有较大的能量损失.从数值模拟的结果可以得到上充泵内部流动水力损失严重的区域,为进一步优化上充泵的设计提供参考.数值模拟和试验两者的结果吻合较好,验证了计算模型和换算结果的正确性.     

基于正交试验的炉水循环泵导叶优化设计

利用正交试验法对导叶进行优化设计,选取导叶进口安放角、扩散角、喉部面积为因素,根据正交表选取9组作为试验组,采用计算流体动力学(CFD)方法对各试验组进行数值计算分析,与原导叶性能对比并对结果进行极差分析.结果表明:不同的导叶参数对炉水泵性能影响程度不同,3个因素影响的主次顺序为进口安放角、喉部面积、扩散角,其中进口安放角对炉水泵扬程与效率影响程度不同,对扬程影响较大,其余对炉水泵扬程和效率影响程度相同;根据正交法所选取的最优试验组合为α₃=16.2°,θ=8°,F₃=37×50 mm².最后通过原导叶的模拟结果与真机试验数据的对比可知,数值计算方法是可行的.由此可知,正交法可用于炉水泵的优化设计,通过调整主次因素来提高炉水泵的性能,更好地为火电厂水循环提供保障.     

柱形轮毂型式循环水泵的水力及结构特性

为了研究柱形轮毂型式循环水泵的水力及结构性能,采用CFD软件对循环水泵装置进行数值模拟和结构计算,将其与传统球形轮毂轴流泵的水力性能进行对比分析,并通过模型试验验证数据的可靠性.结果表明:轮毂型式的改变主要对叶轮的水力性能产生影响,对导叶和进出水流道的影响很小.在设计工况下,柱形循环水泵装置的扬程3.35 m,效率86.29%,最高效率86.69%;而球形轮毂轴流泵装置的扬程3.19 m,效率85.63%,最高效率85.74%.2种型式的泵装置扬程相差约0.16 m,效率相差约0.66%,性能差距较明显.柱形循环水泵的扬程在全工况下均大于球型轴流泵;循环水泵的效率曲线在设计流量和大流量下均显著高于轴流泵,在小流量下二者的效率曲线差别很小.循环水泵叶轮的最大应力出现在叶轮进口轮毂与叶轮连接区域,最大位移出现在叶片进口靠近轮缘的位置;随着流量的增大,叶片的最大应力和最大位移均逐渐减小.研究结果可以为轴流泵的叶轮设计和发展提供参考依据.     

核主泵紧急注入水供应系统结构的改进及试验

为了满足核主泵停机后的紧急注水需求,设计了1种核主泵用非能动紧急注入水供应装置,并对核主泵紧急注入水供应系统结构进行了改进.为验证该结构的可靠性,采用全流量试验台进行轴封注入水关闭试验,分别测试了在轴封注入水断失的情况下,有/无紧急注入水供应+主泵停机(工况A/B),和有紧急注入水水仙花 应+主泵不停机时(工况C)3种不同工况时轴封组件的温度.试验结果表明,安装射流泵后,轴封注入水断失时在主泵不停机情况下,应急注入水及时开启,使得轴封组件温度维持在70 ℃左右而未上升,有效地降低了密封组件温度.文中设计的射流泵装置提高了紧急注入水供应的可靠性,满足设计要求.     

300 MW轴封型核主泵循环油泵的数值模拟与试验研究

研究了300 MW轴封型核主泵循环油泵的螺旋轴流式叶轮结构功能和性能特点,对循环油泵过流部件的内部流动进行了三维数值模拟,并预测了油泵的水力性能,论证了螺旋轴流式叶轮和径向导叶设计及参数选取的合理性.通过对循环油泵在不同介质温度下的水力性能试验,分析不同油温下滑油黏度对水力性能的影响及其机理.结果表明:在大流量工况下,循环油泵性能的预测结果和试验结果具有较好的一致性;螺旋轴流式结构使循环油泵具有高抗汽蚀性能和高可靠性,但效率仅为10%左右;循环油泵的效率和扬程均随着温度的升高而升高,这是由于滑油黏度随温度升高而减小,叶轮的圆盘摩擦损失、叶轮和导叶流道内部的流动损失均明显减小;循环油泵的水力特性完全满足核主泵推力轴承滑油系统的的运行要求,研究结果可为润滑油系统的分析与设计提供依据.