高比转数蜗壳式混流泵的设计与研究

本文讨论用二元理论设计混流泵的理论和方法。并应用该理论对比转数500的蜗壳式混流泵进行了设计,测试该泵的效率为81～82.8％,允许吸上真空高度5.88米,满足了设计要求。     

导叶参数对混流泵水阻系数及效率的影响

以某混流泵为研究对象,基于Fluent软件,建立相对坐标系下的时均连续方程及N-S方程,并采用RNG k-ε湍流模型、非结构四面体网格和SIMPLEC算法对该混流泵内部三维流动进行数值模拟,在分析网格无关性的基础上,研究叶轮叶片和导叶叶片的静压及绝对速度分布规律,并对在不同的导叶数和不同导叶进口安放角下分别模拟了其在静态时的水阻系数和动态时的性能参数,发现在其他参数不变只改变导叶数时,导叶数为3时该混流泵水阻系数最低,导叶数为9时扬程和效率最高;在设计工况下其他参数保持不变只改变导叶进口安放角,冲角为0°时该混流泵的水阻系数最低,扬程和效率最高,但总体变化不明显.结果表明：在特殊应用环境下、为保证设计所要求效率的情况下,导叶数应尽量少;在设计混流泵的空间导叶时,导叶进口安放角在5°左右的范围内改变,混流泵的性能无明显变化.     

闸门式贯流泵是低洼圩区泵站安装的新形式

扬州市现有排灌设施大都采用混流泵、轴流泵和圬工泵,但圬工泵效率低,原混流泵和轴流泵的扬程一般在4米以上,缺乏更低扬程的泵型,致使泵站的装置效率很低。针对这种情况,闸门式贯流泵应运而生。本文叙述了三种贯流泵的安装形式和前置式贯流泵的性能,强调了贯流泵在安装中的注意事项。     

导叶式混流泵汽蚀振动噪声试验研究

混流泵汽蚀的产生将导致性能的下降,同时伴随着较大的振动和噪声.为分析导叶式混流泵的振动噪声特性并对汽蚀进行诊断预测,通过安装在导叶式混流泵机体不同监测点的加速度传感器以及泵入口段的水听器测试了混流泵的振动和噪声信号,利用1/3倍频谱信号分析手段对试验结果进行了进一步的分析,研究了混流泵内汽蚀时的振动噪声的特征和规律.试验结果表明,导叶式混流泵入口法兰位置及靠近入口的泵体位置处的振动信号对混流泵汽蚀较为敏感,可以用于监测混流泵汽蚀的发生;随着流量的增大,混流泵机体的振动信号可以用于监测其汽蚀特性的频段越来越宽;混流泵发生汽蚀时入口辐射噪声呈现出先增大,达到极值后又逐渐减小的趋势;泵入口处的低频段辐射噪声可以用于监测混流泵汽蚀的发生.     

若干因素对导叶式混流泵水力性能的影响

为提高导叶式混流泵的水力性能,开展了叶顶间隙、叶轮叶片数、叶轮叶片安放角和叶轮叶片厚度对导叶式混流泵水力性能影响的研究.运用CFD软件Ansys CFX 12.0,基于剪切应力输运(SST)湍流模型和SIMPLEC算法,采用分块结构化网格技术,对导叶式混流泵内流场进行了数值模拟.计算结果表明:导叶式混流泵的扬程、功率和效率都随叶顶间隙的增大而降低;扬程和功率随叶轮叶片数的增加而增大的幅值渐小,叶轮叶片数过多或过少对导叶式混流泵效率都不利;不同叶片安放角时扬程、功率的差别随流量增大而逐渐增大,通过叶片安放角的调整可实现泵最高效率点的偏移并改变高效区的范围;泵最高效率点随叶片厚度减薄而向大流量偏移,且最高效率有所提高.在满足制造工艺与安装要求的前提下,对影响导叶式混流泵水力性能的各因素进行优化选择可提高导叶式混流泵的水力性能.     

叶轮出口环量非线性分布条件下混流泵性能研究

为研究反问题设计中叶轮出口翼展方向环量非线性分布对混流泵外特性及内流场的影响,拓展混流泵优化设计空间,在试验验证数值模拟准确性的基础上,通过在叶轮出口翼展方向插入5个控制点控制环量分布的方法构建了17种不同环量分布形式;在其他设计参数不变的基础上使用反问题设计方法对其进行三维造型并使用商业软件CFX进行数值模拟,对其外特性及内部流场进行对比分析。结果表明：环量分布形式对设计工况与小流量工况叶轮效率影响较小,对大流量工况叶轮效率影响较大;在全工况范围内,环量分布形式对叶轮空化性能影响均较大;环量分布形式可显著改变叶轮内部流场,影响叶片不同叶高处的做功能力。     

导叶安装位置对混流泵压力脉动特性的影响

为研究混流泵导叶最优的周向安装位置,采用ANSYS CFX 14.5进行定常和非定常计算,分析了8个不同导叶安装位置(C0-C7)对水力性能、压力脉动频域特性、压力脉动强度的影响.经过网格无关性检查后,原始导叶安装位置C0的数值计算结果与外特性试验具有很高的一致性,验证了数值模拟的可靠性.研究结果表明:导叶安装位置对该混流泵扬程的影响较小,各个安装位置的扬程均满足设计要求,而对水力效率的影响较大,C2水力效率最高,C7最低,其差值达到2.6%;导叶安装位置对监测点的主要激励频率没有影响,均为3倍叶频,但对主频的幅值有较大影响,C7主频的幅值最大,而C0和C2的幅值比较接近;压水室中的压力脉动强度随着导叶位置的改变而变化,极大值出现在导叶的工作面附近,C7的压力脉动强度最大,C0次之,C2最小.综合考虑该混流泵的水力性能和压力脉动特性,导叶安装位置为C2时,整体性能最优,可为该混流泵的导叶安装提供参考.     

混流泵内部流动的试验研究

混流泵叶轮内流动性能直接影响整台泵的外部性能.为了探讨混流泵叶轮内部的流动机理,设计了透明蜗壳,加工了1套半开式混流叶轮,建立了混流泵试验系统并利用PIV对其在不同流量工况下叶轮内部的流动性能进行了试验测试.通过对叶轮流道内的时均相对速度分析后发现,在设计流量工况下压力面附近相对速度从进口到出口先减小后增大,吸力面附近的相对速度先增大后逐渐减小.在叶轮出口处沿叶片高度方向的相对速度靠近压力面附近变化不大,靠近吸力面附近从叶根到叶顶逐渐降低,相对流速最小值出现在吸力面叶顶附近.在小流量工况下,流道中部叶高截面至叶顶的区域内会出现回流现象.同时还研究了不对称形状的蜗壳对叶轮内部流动的影响,对叶轮相对蜗壳不同位置流道内的流动进行了测试,发现相对蜗壳不同位置流道内的相对流速的分布趋势基本相同.     

弯管进口对混流泵径向载荷影响的数值分析

为研究弯管进口对混流叶轮动态性能的影响,在Fluent 6.3平台上,采用压力-速度修正的SIMPLEC方法求解时均化的Navier-Stokes方程,同时计算采用修正的RNGk-ε湍流模型,对于安装在弯管后3倍管径处及直管段的混流泵性能和径向力特性进行分析.通过定常流场分析,对叶轮进口前轴向速度分布进行对比.结果表明:采用弯管进口的叶轮进口流道在转弯平面内的轴向流速分布差异明显,而弯管与直管进口情况下的混流泵水力性能基本一致,并与试验结果的趋势相吻合.设计工况下的非定常分析表明,直管进口的混流泵叶轮径向力定常分量几乎为零,而采用弯管进口的混流泵叶轮径向力定常载荷显著增大,尤其是叶频段的非定常分量增大明显,而由动静干扰引起的非定常分量基本不变.     

混流泵叶轮反问题设计与水力性能优化

基于三维反问题设计方法,结合CFD数值模拟,以混流泵叶片载荷分布参数为设计变量,以水力效率为优化目标,采用正交试验方法和响应面函数法建立设计变量与目标函数的关系,对混流泵进一步优化。分析了不同设计变量对目标函数的影响,发现叶轮轮盘进口处载荷对泵的水力效率影响最明显。通过数值模拟对比基准叶轮与优化叶轮性能,优化后的混流泵模型最优工况下的水力效率提高3.2%,且水泵扬程基本保持不变,优化体系具有良好的工程应用价值。     

泵站技术改造中水泵斜装角度的计算

在泵站的技术改造中,混流泵的斜装、减少出水弯头、改造管路装置是提高泵站裝置效率的有效措施。在水泵斜装中,确定水泵斜装角度是一个关键问题。由于泵站改造是在泵站的原有基础上进行改造,它受到泵站原有条件的限制,如泵的出水口高度及进出水池之间的距离。而在斜装中,在保证不出现高炮出流的情况下,水泵有一定的斜度,而使水泵的安装有一定的稳定感。     

基于变环量设计的混流泵叶轮多工况优化

由于外部运行条件频繁变化，混流泵常于非设计工况运行，导致其运行效率偏低。针对混流泵开展多工况优化以扩大其高效区范围具有重要意义。采用环量法，以轮毂及轮缘处流线方向环量的偏导数(载荷)、叶轮出口处翼展方向环量控制参数以及叶片尾缘倾角为设计参数，以设计点扬程为约束条件，以0.8、1.2倍设计点处效率为优化目标，结合实验设计、近似模型和优化算法对一导叶式混流泵叶轮进行变环量优化与分析。研究结果表明：变环量设计在混流泵叶轮的多工况优化中是有效的；轮毂处流线方向前加载，轮缘处流线方向后加载，叶轮出口处环量从轮毂到轮缘递增分布均有利于混流泵性能的提升；优化后混流泵模型在0.8、1.0、1.2倍设计流量处泵段效率分别为81.11%、88.38%和80.56%,在设计流量处扬程为12.33 m,相比于原始模型，效率分别提升0.63、3.18、6.72个百分点，而扬程变化小于2%。因此，所提出的基于变环量设计的混流泵叶轮多工况优化方法是有效的，可以为同类型叶轮机械的设计优化提供参考。     

轮毂轮缘对混流泵叶轮三元反问题设计的影响

为提高叶片设计可控度,开展轮毂与轮缘对混流泵叶轮三元反问题设计的影响研究.基于一种无黏与有黏迭代的叶片三元反问题设计方法,以某比转数n s=449的混流泵为研究对象,在保持叶片载荷分布、进口环量、出口环量等控制参数不变的基础上,通过改变轮毂与轮缘形状设计出系列叶轮.基于剪切应力输运(SST)湍流模型和SIMPLEC算法...     

提高泵站装置效率的若干经验——安丰镇竹园五组排灌站改造介绍

竹园五组排灌站于1980年兴建,选用一台六十年代生产的老型号12英寸混流泵,配套电机17千瓦,安装简陋不合要求,采用4只弯头,8米长管道,未砌进水池,出水留有高射跌损,转速调配不当。使用时不仅耗电大、流量小,而且维修费用大;灌溉用水不能满足需要,每年灌溉期间都要另外安装小机小泵抽水补足;提高了水的成本。每亩水费高达7元左右,增加了农民负担。经1982年测试:水泵转速822转/分,净扬程2.2米.流量0.15米~3/秒,输入功率9.76千瓦,装置效率只有33.2%,能源单耗每千吨米耗电8.22度。     

安装高度对折射式微喷头水力性能的影响

选取折射式微喷头,在200kPa工作压力下,测试0.5、1.0、1.5、2.0和2.5m安装高度下的单喷头水量分布。利用surfer软件绘出单喷头水量分布等值线图,对图中喷头中心至喷灌强度为0.15mm/h等值线的距离,多次测量取平均值,以确定射程。采用叠加法,计算出不同喷头间距下的组合均匀性系数。结果表明:随着喷头安装高度的升高,射程增加,单喷头喷灌强度峰值降低。不同喷头安装高度下,最高组合均匀性系数对应的最佳喷头间距不同,但均不超过0.9倍射程。0.5m喷头安装高度的射程最小、喷灌强度峰值最大、最高组合均匀性系数最低,为最不利安装高度。     

分散流控制壁对无压渗漏计收集效率影响的定量评价

无压渗漏计(Zero-tension lysimeter,ZTL)多用于非饱和带土壤溶质通量的监测,但由于ZTL安装时与原状土壤相接触会存在毛管障碍界面,易形成分散流使其土壤溶液收集效率降低。为准确描述田间水分渗漏量或土壤溶质的运移过程与规律,基于HYDRUS模型模拟结果,对ZTL不同设计(加装不同高度分散流控制壁)和不同适用环境条件(土壤质地、灌水量、土壤蒸发量和初始土壤含水率)的土壤渗漏水收集效率及影响因素进行数值模拟和定量评价。结果表明,无分散流控制壁的ZTL(ZTL0),在0.35 cm3/cm3土壤初始含水率、0.2 cm/d蒸发量和1 000 mm灌水量条件下的砂壤土、壤土和粉土处理,收集效率分别仅为11%、13%和26%,而在相同环境条件下安装分散流控制壁的ZTL(ZTLd),当控制壁高度为20 cm时可使收集效率提升到50%以上。安装的分散流控制壁高度随灌水量的降低、土壤持水能力的提高和土壤蒸发量的增大而升高,初始土壤含水率降低会使偏砂性土壤中安装的ZTLd收集效率降低,但在壤土和粉土中安装时可使其收集效率增大。增加ZTLd安装深度可能会导致其收集效率降低,在某一特定安装深度对ZTL收集效率计算的结果并不适用于其他深度。     

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     

出口环量分布对混流泵性能的影响

为了提高设计过程中对混流泵性能的可控制程度,开展了出口环量分布规律对混流泵性能的影响研究。基于三元反设计理论,将环量V u r在轴面流线方向上的偏导数作为载荷分布的控制参数,根据出口环量分布规律的不同设计了平均型、递增型和递减型3个混流泵叶轮。基于雷诺时均Navier-Stokes方程、SST湍流模型和多重参考坐标系模型对泵内流场进行数值模拟,对泵的效率、空化、叶轮出口的总压及轴面速度沿叶高的分布规律进行比较与分析。结果表明:递增型泵效率最高但空化最差,递减型泵性能正好相反;基于变出口环量分布的三元反设计方法能有效控制叶片不同叶高处的做功能力,递增型叶轮出口的总压和轴面速度随半径增加而增加的速度最快。     

选购农用水泵四原则

一、因地制宜确定水泵类型的原则农用水泵主要有3种类型,分别是离心泵、轴流泵和混流泵。离心泵扬程较高,但出水量不大,适用于山区和井灌区;轴流泵出水量较大,但扬程不太高,适用于平原地区使用;混流泵的出水量和扬程介于离心泵和轴流泵之间,适用于平原和丘陵地区使用。用户要根据本地的地况、水源和提水高度进行选购。     

混流泵非均匀轮缘间隙流场数值计算

为了研究非均匀轮缘间隙下混流泵叶轮内部流场,基于RNG k-ε模型,采用SIMPLEC算法对混流泵在0、0.3、0.5 mm偏心距下的内流场进行数值模拟,对比分析了有、无偏心状态下混流泵外特性、叶片表面静压分布、周向压力和湍动能分布以及轮缘间隙流场的流线分布。研究结果表明,数值模拟采用的网格类型、湍流模型能够较为准确地计算混流泵的内部流动特性。0.5 mm偏心距下混流泵扬程最大下降了9.8%,设计工况点效率下降了4.3%,高效点向大流量偏移;偏心对混流泵叶轮进出口压力分布影响较大,靠近偏心一侧的叶片出口轮缘处压力分布呈现沿径向梯度分布趋势且周向压力分布严重不均;非均匀轮缘间隙严重干扰了端壁区流场,使轮缘间隙流场的泄漏流、二次流等不稳定流动现象明显增多,湍动能耗散随着偏心距增大不断加剧,水力损失增大,是造成效率下降的主要因素。