涡旋前伸式双口十片污水泵设计与试验

通过对LZW120-6型立式长轴污水泵的改造，提出了涡旋前伸式双叶片污水泵的设计方法。分析了涡旋前伸式双叶片污水泵中污物的通过机理，认为叶片前伸可以在泵进口流道中形成涡旋，而这种涡旋对长纤维物料有拉直和拉动的作用，得出叶片前伸有利于长纤维物料通过的结论。分析了叶轮蜗壳各几何参数对通过性能和效率的影响，解释了污水泵中蜗壳基圆直径加大有利于提高污水泵性能的原因，并提出水力设计方法。设计实例和试验结果表明，涡旋前伸式双叶片污水泵具有通过性能好、效率优于一般污水泵、且运行稳定的特点。     

涡旋前伸式双叶片污水泵设计与试验

通过对LZW1206型立式长轴污水泵的改造,提出了涡旋前伸式双叶片污水泵的设计方法。分析了涡旋前伸式双叶片污水泵中污物的通过机理,认为叶片前伸可以在泵进口流道中形成涡旋,而这种涡旋对长纤维物料有拉直和拉动的作用,得出叶片前伸有利于长纤维物料通过的结论。分析了叶轮蜗壳各几何参数对通过性能和效率的影响,解释了污水泵中蜗壳基圆直径加大有利于提高污水泵性能的原因,并提出水力设计方法。设计实例和试验结果表明,涡旋前伸式双叶片污水泵具有通过性能好、效率优于一般污水泵、且运行稳定的特点。     

混流式水轮机叶片设计与木模图的数值实现

针对传统的混流式水轮机转轮叶片设计方法（如保角变换法）设计周期较长，且不易实现叶片模型制作的状况，通过给定速度矩方程对叶型骨线方程进行逐点积分，并由包角的误差分析对速度矩方程的系数进行修正，实现叶片正面型线的设计，在叶片正面计算流面上使用导出的最大流面厚度公式直接进行叶型加厚，得到水轮机叶片的背面叶型．文中同时给出了各部分的数学分析数值计算表达式，并用CAD系统进行叶片木模图的绘形．从得到的木模图可以看出，用该方法设计更为优化，能较好地体现设计要求，并符合实际转轮叶片的形状，确保了计算和造型的准确性，可用来进一步实现水轮机的整体水力性能分析．由于模型是数值生成，故结合相应的机械加工程序，可实现叶片木模的数控加工．     

离心泵轴面流线分点的解析计算

为提高使用保角变换法绘型离心泵叶轮叶片的绘型精度和缩短计算周期,研究了在轴面投影图上前盖板流线含有两段相切圆弧的复杂条件下,沿下圆弧流线分点的计算原则与方法.以数学分析为基础,讨论了构成前盖板流线的下圆弧上第一个分点3种可能出现的位置特点,分别导出了每种可能条件下确定分点位置的超越方程.这些方程的解精确确定下圆弧第一个分点的位置,有效提高轴面流线上分点的位置精度,改善了叶片绘型的精确性和可靠性.所给方法能改变在保角变换法绘型叶片过程中,以手工在轴面上反复试运算取点及由此产生的叶片型线光滑性和连续性不够理想的状况.     

两种叶轮型式潜水排污泵的内流特征与通过能力

为了比较具有不同叶轮型式的2台潜水排污泵的通过性能,采用计算流体动力学方法和SST湍流模型,分别选用清水和固液两相流体为液体介质,模拟双流道污水泵与双叶片污水泵在3种不同流量工况(0.8Q,1.0Q,1.2Q)下的流动特征.对比2台污水泵在输送清水与固液两相流体时的流动参数分布,并对输送这2种介质时的固体颗粒速度和固相颗粒体积分数分布进行分析.结果表明:与双叶片污水泵相比,双流道污水泵内的流动参数分布更加均匀.双流道污水泵叶轮进口存在1个大尺度旋涡,在一定程度上提高了双流道污水泵的通过能力.对比双流道污水泵与双叶片污水泵内固相颗粒分布规律,发现双流道污水泵内固体颗粒的速度更快,局部固体颗粒聚集程度较小,因而双流道污水泵的通过能力强于双叶片污水泵.     

单叶片污水泵叶轮型线探讨

提出了一种叶片包角变化范围较大的变角螺旋线叶片绘型方法,此方法绘出的型线能用于单叶片离心式污水泵的叶轮辅助设计,亦可用于多叶片叶轮中。本方法计算简便,其型线经证明能使泵莸得高效率。     

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.     

前伸式双叶片污水泵设计和通过能力试验

阐述了前伸式双叶片污水泵运行效率高、振动小、噪音低、运行平稳、固体通过能力好,特别是纤维性固体的通过能力好等特点,分析了该泵叶轮结构特点,提出了叶轮水力设计方法,通过卖例说明其设计过程,并对设计的前伸式双叶片污水泵进行了试验验证．指出前伸式双叶片污水泵具有良好的综合性能的原因在于：采用叶片式结构,具有与普通叶片泵相当的效率;采用2叶片叶轮,减少流道的拥堵,提高了固体颗粒的通过能力;叶片大幅度前伸,对于少叶片数的泵来说,只要设计得当,不会引起进口排挤,有利于大大提高抗缠绕能力．     

混流泵叶轮设计正反问题迭代方法

基于两类相对流面流动理论,通过迭代计算求解流体的连续方程与运动方程,得到混流泵叶轮内的轴面流场,实现了正问题计算.基于轴面速度分布规律,采用逐点积分法完成叶片骨线绘型,并在轴面内进行叶片加厚,在保角变换平面内对叶片头部和尾部进行修圆,完成了反问题设计.以此为基础,将正问题与反问题相结合,提出了混流泵叶轮正反问题迭代设计方法.在该设计方法中,正问题计算为反问题设计提供流场信息,反问题设计则为正问题计算提供叶轮模型,正反问题反复迭代直到收敛,最终完成叶轮的设计.结果表明：根据正反问题迭代方法设计得到的叶轮载荷分布均匀,水力效率高.该方法弥补了传统方法设计叶片时轴面流动计算仅满足流体连续方程的缺陷,同时考虑了叶片形状对轴面流动计算的影响,最终设计得到的叶片型线同时满足流体连续方程和运动方程,该方法提高了叶轮设计计算的精度,为进一步开展混流泵叶轮的优化设计研究提供了重要的平台.     

内环流活塞泵转子型线及运动仿真

以内环流活塞泵齿形型线为研究对象,对其啮合特性进行了研究.根据内环流活塞泵转子运动规律,基于内转子齿形型线为圆弧,建立动坐标系.假定外转子不动,内转子作相对运动,在国内首次推导出外转子齿形型线的计算式.通过实例计算及运动仿真分析,验证了齿形型线方程及计算公式的正确性.     

改进定子曲线对高压子母叶片泵特性的影响

为了改善高压子母叶片泵特性,使用极径沿转角线性变化的等速曲线代替早期双作用高压子母叶片泵定子曲线的大圆弧段,从叶片泵工作油腔油液预升压、泵的流量和叶片受力等方面展开研究。结果发现,当等速曲线的起点与终点极径差值为0.1 mm时,泵的工作油腔油液预升压力在转子从过渡区线起始点转过2°后,压力变化幅度变小;对泵的流量特性影响很小,仅减小10-4 m3/s;叶片受到的径向接触反力减小160 N,可以有效减小叶片的磨损、降低泵的噪声。     

导叶对轴流泵性能影响的试验

对设计模型轴流泵在无导叶和有导叶时的外特性进行测试,在导叶进出口位置开设测孔,并运用球形五孔探针对导叶进出口流场进行测量,得到绝对速度的周向、轴向及径向速度分量的分布曲线.测量结果表明：轴功率变化曲线在有导叶和无导叶时趋于一致,可忽略导叶对叶轮内流动的影响;在设计最优工况下,导叶出口绝对速度的圆周分量较小,导叶可回收的旋转动能约占叶轮出口总能量的15.7%;无导叶时泵的运行工况点向小流量工况偏移,在设计无导叶轴流泵时应在原有设计参数的基础上进行参数补偿.运用球形五孔探针测量三维流场中速度,具有适用性强、方法简单、测量精度较高的优点.试验结果揭示了导叶对轴流泵性能影响的规律,为进一步研究轴流泵内部流场提供了理论和实际应用参考.     

变螺距螺旋离心泵叶片型线参数方程的分析

分析了变螺距螺旋线的一般方程,根据固液两相流在螺旋离心泵叶轮内轴向速度非等速的运动特征,以及螺旋离心泵的结构特征,推导了螺旋离心泵的变螺距叶片型线方程。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,同时对该类型泵的计算机辅助设计、内部流场的数值模拟以及泵的性能改善有着重要意义。     

螺旋离心泵叶轮叶片型线方程

为了使螺旋离心泵能够具有更优良的性能,传统的设计方法已经不能很好地满足要求.根据螺旋离心泵叶轮结构特征,推导出螺旋离心泵叶轮叶片的型线方程,并用型线方程绘制螺旋叶轮,避免了一元理论水力设计方法中手工作图的繁杂和依赖经验的欠缺,对螺旋离心泵的快速叶片绘型、提高设计精度、计算机辅助设计与三维内部流场的数值模拟有重要意义.通过例证,用型线方程获得的流线,在方格网上变化均匀、光滑,出口角接近于计算值,数值模拟所得结果与原型实验结果基本一致,从而验证了这种方法具有可行性.     

基于载荷分布的潜水轴流泵叶轮与导叶水力设计

对潜水轴流泵进行三维反问题设计,以水力效率为设计目标,提出叶轮、导叶适合的载荷分布形式。通过正交试验设计、单因素分析和数值模拟的方法研究载荷参数对潜水轴流泵内外特性的影响,得到水力效率较优的载荷分布形式:叶轮叶片为前载型,导叶叶片为轮毂中载、轮缘前载型。具体的载荷参数取值范围:对于叶轮,斜率取值范围为-1~0,前载点取值范围为0.25~0.45,后载点取值范围为0.55~0.75;对于导叶,轮毂斜率在0附近取值,轮缘斜率取值范围为0~0.75,轮毂前载点取值范围为0.25~0.45,轮缘前载点在0.25附近取值,轮毂后载点取值范围为0.55~0.75。叶轮设计中发现:前载型叶片对原泵叶根尾缘的二次流有改善作用。导叶设计中发现:由于潜水轴流泵导叶的扩散式结构特点,导叶近壁面易出现分离涡,轮毂中载、轮缘前载型叶片能够有效地抑制导叶近壁面的涡分离。     

1000MW核主泵导叶体型线检测新方法

为了检测核主泵水力部件数控加工完成后叶片型线的偏离程度,提出了一套水力部件的检测和评定方法.采用逆向工程点云分析软件（Poly Works）与三维扫描设备相结合,测量导叶体模型叶片与产品叶片进出口压力、吸力面三坐标,同时计算叶片型线偏离的均方根偏差.通过对叶片进出口型线测量数据的统计处理和理论分析,提出叶片进出口型线偏离角度Δβ的计算公式、叶片间叶距角Δφ的偏离公式以及部分叶片型线偏离的修正公式K.结果表明：该方法能够准确有效地检测水力机械叶片型线的分布,保证了各型线有相同的包角.以国内福建福清核电站12号机组以及秦山一期扩建工程方家山核电站主泵导叶体翼型的检测与评定分析为例,经主泵全流量试验验证表明,与数值分析结果相比,主泵流量满足规范偏离设计流量的±2.5%,扬程偏离±1.5%的要求.     

不同正导叶几何参数下多级泵作透平功率-流量曲线研究

为适应过程工业中生产调节对液力透平性能的影响,要求多级泵作透平的输出功率随流量的变化较小,即输出功率-流量曲线较平坦。基于欧拉方程,根据速度矩守恒,推导得到导叶式透平输出功率与几何参数的关系式。利用数学求导,判断出导叶几何参数对输出功率曲线平坦性的影响规律。以两级径向导叶离心泵作透平为研究对象,改变正导叶几何参数设计研究方案,通过Fluent软件数值计算并进行试验验证。研究结果表明：数值计算结果与理论推导相符,适当增大正导叶的喉部面积、出口安放角、叶片数或适当减小正导叶基圆直径都可以使输出功率曲线变平坦;设计工况点正导叶几何参数对功率曲线斜率(平坦性)影响由大到小为喉部面积、出口安放角、叶片数、基圆直径,斜率依次减小0.17、0.11、0.05、0.03;适当增大喉部面积可以使透平效率提升1.65个百分点,高效点向大流量偏移。     

弹性体转子泵压力特性数值分析与试验

针对弹性体转子型线存在密封性能差和转子尖部容易发生粒子卡滑的缺陷,提出一种新型宽头刮边转子,其型线由宽圆弧ab、刮边圆弧bc、长幅内摆线cd和圆弧de组成.基于CFX浸入式实体技术和RNG k-ε湍流模型,通过转子泵全流场瞬态计算,研究了包角θ=5°,8°,11°,15°,18°和半径r=30.9,37.1,44.5,53.4 mm结构参数下转子腔内脉动特性.结果表明:包角和半径是影响转子泵性能的关键参数,随着包角增大,瞬时质量脉动率减小,半径对出口瞬时质量脉动率、进出口转子腔压力脉动无影响.进口啮合处汽蚀和出口啮合处压力随包角增大而增大;半径增加,进口啮合处汽蚀减小,出口啮合处压力减小.对θ=18°,r=53.4 mm新型转子泵及传统转子泵进行性能对比试验,试验表明新型转子型线性能优于传统转子型线,新型转子泵理论流量较传统转子泵小3.35%,新型转子泵容积效率较传统转子泵大1%~5%;新型转子泵整机效率较传统转子泵高1.5%~4.9%.     

前置导叶预旋调节离心泵性能的数值预测与试验

在分析叶轮进口流态的基础上,给出了一种用于调节离心泵工况点的前置导叶水力模型设计方法,目的是通过减小离心泵在变工况条件下叶轮进口的冲击损失和回流损失来改善在非设计工况的水力性能,拓宽高效运行范围.基于SIMPLEC算法,通过数值求解Reynolds平均Navier-Stokes方程和RNG k-ε湍流模型方程,模拟了不同预旋角度下前置导叶离心泵全流道的三维湍流流场,外特性计算结果和试验数据吻合较好.在此基础上,分析了离心泵前置导叶预旋调节的基本规律及调节机理.     

1 000 MW核主泵导叶体型线检测新方法

为了检测核主泵水力部件数控加工完成后叶片型线的偏离程度,提出了一套水力部件的检测和评定方法．采用逆向工程点云分析软件(PolyWorks)与三维扫描设备相结合,测量导叶体模型叶片与产品叶片进出口压力、吸力面三坐标,同时计算叶片型线偏离的均方根偏差．通过对叶片进出口型线测量数据的统计处理和理论分析,提出叶片进出口型线偏离角度Δβ的计算公式、叶片间叶距角Δφ的偏离公式以及部分叶片型线偏离的修正公式K．结果表明:该方法能够准确有效地检测水力机械叶片型线的分布,保证了各型线有相同的包角．以国内福建福清核电站12号机组以及秦山一期扩建工程方家山核电站主泵导叶体翼型的检测与评定分析为例,经主泵全流量试验验证表明,与数值分析结果相比,主泵流量满足规范偏离设计流量的±25％,扬程偏离±15％的要求．