叶轮口环间隙对井用潜水泵性能的影响

井用潜水泵的口环间隙大小对泵性能及流场具有较大影响,基于200QJ80-22井用潜水泵,通过CFD软件对泵全流场进行了数值计算,并与试验结果进行对比分析,研究了不同口环间隙大小对泵外特性和内部流场的影响.数值模拟结果表明,整泵的扬程和效率都随着间隙值的增大而减小,特别是口环间隙值增大到0.70 mm,减小更为明显,但功率变化较小.当间隙值达到1.00 mm时,效率从最高点的77.2%减小为68.7%,同时扬程也随之减小了约3.5 m.口环间隙为0.20 mm时,第一,二级叶轮前盖板腔体内以及叶轮出口与前盖板区域间产生回流,泄漏量较小,对叶轮进口流动和流场影响也较小,当口环间隙值增大至0.50 mm时,第一,二级叶轮前盖板腔体内以及叶轮出口与前盖板区域间回流逐渐消失,但更大的泄漏量冲击叶轮进口处,使叶轮进口过流面积减小,严重影响了泵的水力性能.     

口环间隙对诱导轮离心泵空化流动和性能的影响

为了研究口环间隙对前置诱导轮离心泵空化性能的影响,基于RNG k-ε湍流模型和Rayleigh-Plesset方程均相流空化模型,以前置诱导轮离心泵为研究对象,选取口环间隙为0.15,0.25,0.40和0.60 mm这4种方案对其进行空化流动数值计算,并与试验结果对比分析.研究结果表明,口环间隙大小对诱导轮离心泵的外特性和空化性能影响较大,随着口环间隙的增大,总扬程效率和叶轮扬程效率均减小,与口环间隙为0.15 mm时相比,总扬程效率和叶轮扬程效率分别降低了0.60%和4.21%,效率分别下降了6.50%和9.32%;而口环间隙的增大使得诱导轮扬程和效率均增加,分别增大了29.86%和28.40%.另外,随着口环间隙的增大,空化性能曲线出现波动现象,间隙越大,波动越明显;离心泵主叶轮工作面靠近前盖板出现云状空泡分布,空化不稳定,间隙越大,空化越不稳定,临界空化数越大.经分析,引起空化不稳定性的因素可能有: 口环间隙出口处泄漏高压流体对主流的冲击;口环附近空化的发生以及诱导轮空化引起叶片出口液流角的变化.     

密封口环磨损对离心泵外特性及内流场的影响

以比转数为88的立式离心泵为研究对象,基于CFD研究不同口环间隙对能量性能及压力脉动的影响.研究分为5组方案,使间隙值f从0.13 mm增大到0.93 mm,Δf=0.2 mm.通过外特性试验结果对比,验证了计算方法的准确性,进一步研究口环间隙变化对性能及压力脉动的影响,结果表明:随着口环间隙的增大,模型泵扬程和效率均有所下降,下降值分别为4.00%和7.99%,前泵腔口环泄漏量增大约3.3倍;间隙变化对泵内流场的影响主要集中在前泵腔及间隙出口处,随着间隙的增大,泵腔低压区向蜗室方向扩大,间隙出口处高压区也有所扩大;绝对速度矢量涡由间隙出口附近向叶轮入口移动,导致入口处流体稳定性变差;隔舌及前泵腔处压力脉动幅值下降明显,下降值ΔCp分别为0.002 5和0.002 0;对比分析5组方案中扬程、效率及压力脉动幅值的变化趋势可知,设计工况下模型泵对前口环间隙变化的敏感范围在0.13~0.53 mm.     

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.     

口环间隙对高速泵泵腔内流动特征的影响

为分析泵腔内流场结构及口环间隙变化对高速泵在设计工况下性能的影响,基于雷诺时均N-S方程及RNG k-ε湍流模型的理论基础,以转速n=38 500 r/min的离心泵为研究对象,对其进行全流场数值模拟.结果表明,前后泵腔内u_t/u均随着半径的增加而减小;沿着叶轮旋转方向u_t/u也不断减小,在α=0°即蜗壳隔舌附近时u_t/u值最小.在前后泵腔内,靠近盖板的区域u_r/u0;靠近壳体的区域u_r/u0.前、后口环间隙分别对前、后腔流场结构的影响基本一致:在同一轴向位置处,随着口环间隙的增大,流动核心区的u_t/u增大,靠近壳体一侧的u_r/u减小;在同一半径位置,口环间隙越大,静压越小.     

口环间隙变化对高转速离心泵性能的影响

为了阐明口环间隙变化对高转速离心泵性能的影响,以一台转速n为38 500 r/min的离心泵为研究对象,基于泵几何参数,建立前、后口环间隙变化为0.01 mm的16种匹配方案,通过数值模拟方法预测了不同匹配方案下离心泵的性能.结果表明:当后口环间隙越小时,效率及轴功率对前口环间隙变化的敏感度越高;当前口环间隙越小时,效率及轴功率对后口环间隙变化的敏感度也越高;当前口环间隙一定时,随着后口环间隙的增大,扬程下降;当后口环间隙一定时,扬程随着前口环间隙的增大出现微小上升;无论是小间隙匹配还是大间隙匹配,前、后口环处泄漏量均随着流量的增大而减小;匹配的间隙值越大,对应模型的扬程及效率越低,功率越大,扬程随流量的变化越明显;口环内部水力阻力的形成主要是消耗了静压,液体通过口环后,其速度的变化并不明显;随着口环间隙的增大,在口环内同一位置处静压下降,动压上升.     

空化条件下离心泵泵腔内不稳定流动数值分析

为研究不同空化发展阶段离心泵泵腔内的流动情况及其对叶轮的影响,提出了一种泵腔区域的拓扑块生成和结构化网格划分方法。在充分考虑近壁区网格质量的基础上,采用SST k-ω湍流模型和Rayleigh-Plesset空化模型对设计工况下某离心泵进行了全流场空化数值模拟,并计算了3种有效汽蚀余量下泵腔内的非定常流动情况及其对叶轮的作用力。结果表明:空化造成泵腔内压力脉动的幅值增大,由于前口环的存在,其前泵腔内的压力脉动幅值大于后泵腔;空化的加剧造成泵腔内宽频脉动的增加,以轴频最为明显;空化的加剧不仅影响泵腔内的流态,同时也增大了设计工况下作用于叶轮上的径向力和轴向力。     

离心泵口环间隙附近的空化特性研究

为研究前口环间隙附近空化现象的成因,首先通过一系列无关性验证确保了包含口环间隙及泵腔的完整离心泵模型计算的可靠性,在此基础上进行空化条件下的非定常计算,预测了必需汽蚀余量工况下口环间隙附近的空化现象,结果表明:前口环间隙出口附近流动受叶轮旋转的影响,其静压呈周期性的非均匀分布,其频率为2.27倍转频,并于低压区发生空化,空化开始于以进口段中心为圆心,半径稍小于前口环间隙内侧与进口段流动交汇点半径的某处;前口环间隙出口附近的压力脉动受叶轮旋转及空化的影响而呈现2类频率,其一为叶频及其倍频,其二为空化周期性变化导致的低频,该频率为空化周期性变化频率的整数倍。     

叶轮口环间隙对低比转速离心泵效率的影响

通过改变叶轮口环间隙的大小对不同叶片型式的低比转速离心泵进行试验。证明口环间隙对低比转速离心泵效率的影响与泵叶轮的叶片的型式无关．从能量守恒的角度出发,提出了一种考虑低比转速离心泵口环泄漏量的计算圆盘摩擦损失的方法,以此方法为基础,推导出以泄漏量为自变量的低比转速离心泵机械效率计算公式．最后联合离心泵水力效率和容积效率的计算公式综合分析得出,虽然机械损失随泄漏量增大而减小,但低比转速离心泵的总效率依然随叶轮口环间隙的增大而降低．     

叶顶间隙对低比转数半开式离心泵性能的影响

为研究叶顶间隙对低比转数半开式高速离心泵内部流动及性能的影响,基于雷诺时均Navier-Stokes方程和Spalart-Amaras湍流模型,在叶顶间隙分别为0.5,1.1和2.5 mm时对一台比转数为19.3的半开式高速离心泵内部流动进行三维紊流数值计算,并进行外特性试验验证.研究结果表明：叶顶间隙可以改善叶轮内部的流动情况,但较大间隙的叶轮内部的循环流动引起的水力损失大于较小间隙内的循环流动和回流引起的水力损失;因此随着叶顶间隙的增大,离心泵扬程及效率均减小;而且在叶片中部和尾部的叶顶间隙层内,相对速度和静压随着叶顶间隙的增大而减小,且相对速度受叶顶间隙的影响尤为明显,静压沿着叶轮半径近似呈线性增加;叶轮流道内沿轴向分布的切向速度和径向速度随着叶顶间隙的增大分别减小,但切向速度较为均匀,减小量相对较小;数值模拟与试验得到的外特性曲线变化趋势一致.     

陶瓷泵半开式叶轮前盖板流线对泵性能的影响

为了研究陶瓷泵半开式叶轮前盖板流线对泵性能的影响,对叶轮前盖板流线与径向夹角分别为24°,22°,20°,18°,16°,14°,12°共7种方案进行数值计算,得到了各方案的外特性及内部流动情况.通过分析叶轮中液体沿流线从叶轮进口到叶轮出口的平均静压、平均总压及平均相对速度的变化规律,以及从叶轮前盖板流入泵腔间隙与从叶轮外缘所流出的液体流量大小,得到主要结论:随着叶轮前盖板流线与径向夹角减小到一定程度,泵扬程、效率都将随之下降,最高效率点往小流量方向偏移;在叶轮流道中段流入泵腔间隙的液体变多,导致从叶轮外缘流入蜗壳的高能液体变少,加上与在蜗壳内高压驱使下回流入叶轮流道的流体,在流道出口处混合产生的回流及二次流动,是导致泵扬程、效率下降的主要原因.为了验证数值计算的准确性,试制了最优方案3和最差方案7的叶轮,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吻合,从而完成了优化设计,可为陶瓷泵半开式叶轮的设计提供一定的参考.     

前后盖板长度对离心泵外特性与非定常特性的影响

为了研究前后盖板保留长度对离心泵外特性以及非定常特性的影响,以一台比转速为80的离心泵为研究对象,在切削叶轮的叶片外径保持不变的情况下,对比了不同前后盖板直径(168、174和180 mm)对外特性、径向力和压力脉动的影响。通过对离心泵进行全流场非定常计算发现,各流量下扬程、效率均随前后盖板保留长度的增加而增大,扬程最大相差2.14 m,效率最大相差3.5%;在设计工况下,3种方案下的径向力呈周期性变化,矢量图呈五芒星分布,前后盖板保留得越多,径向力越大;由于叶轮与隔舌动静干涉的作用,蜗壳内各监测点压力脉动的主频均为叶频,随着叶轮与蜗壳间间隙的减小,隔舌处的压力脉动在叶频处基本保持不变,其倍频逐渐增大,第二断面的压力脉动系数幅值也逐渐增大。     

不同径向间隙对离心泵动静干涉作用影响的数值模拟

通过改变蜗壳基圆直径改变叶轮与隔舌之间的间隙,采用SST模型对3个蜗壳基圆直径的离心泵全流道进行非定常数值模拟.3个蜗壳基圆直径分别为184、198和214 mm,其对应的间隙率为5.74％、13.79％和22.99％.通过非定常数值模拟获得了不同基圆直径离心泵的压力脉动特性、作用在叶轮上的径向力和扭矩特性,并对其进行比较分析.结果表明:不同测点的压力脉动、作用在叶轮上的径向力和扭矩呈周期波动,均以叶片通过频率为主;不同基圆直径泵叶轮上的径向力矢量图基本呈圆形分布;随着蜗壳基圆直径的增大,叶轮上的径向力先减小后增大,各测点压力脉动幅值逐渐减小,高频脉动也逐渐减少.同时针对蜗壳基圆直径为184 mm的泵进行数值模拟,并对该泵进行了性能试验,对比分析结果表明:数值模拟的结果是可信的.     

叶轮口环间隙对农用离心泵汽蚀性能的影响

通过对农用离心泵的汽蚀性能进行介绍,建立了离心泵汽蚀余量的理论计算方程,并分析了汽蚀余量与叶轮口环间隙大小之间的关系.在此基础上,选用RNG k-ε湍流模型,局部网格加密技术和有限体积算法对LZA50-3400离心泵在Fluent软件中进行数值模拟,探讨了在改变叶轮口环间隙大小情况下液体进口处流场的流态特征.通过流场比较分析可以看出,离心泵叶轮口环间隙越小,则过流面积越大.这有利于改善入口流态,所以汽蚀性能也就越好.最后,在试验机上对CFD模拟的结果进行试验检测,试验数据与数值模拟分析的结果基本一致,可靠的研究结论可以为农用离心泵口环结构的研究和设计提供一定的理论依据.     

泵腔径向间隙对多级离心泵泵腔内部流场的影响

为研究泵腔径向间隙对泵腔内部流场的影响,更好地优化多级泵水力性能,选取某悬臂式多级离心泵为研究对象,应用计算流体力学(CFD)与试验相结合的方法对泵腔内部流场进行研究.k-ε湍流模型下的数值计算结果与多级泵外特性试验值吻合较好,说明应用数值计算对泵腔内部流场进行分析是可靠的.设计3种泵腔间隙方案,对比分析了泵腔内部切向速度分布及压力脉动情况.结果表明:随着测速点位置半径的减小,前泵腔切向速度逐渐增大,且液体旋转速度会超出叶轮旋转速度,而后泵腔中切向速度总体呈现逐渐减小的趋势;泵腔间隙区域及叶轮出口处压力脉动主要集中在0~1 680 Hz范围内,压力脉动主频均出现在1倍导叶叶频处,主频脉动幅值由首级向末级逐级递减;泵腔间隙区域压力脉动也受到叶轮叶片数的影响,次主频出现在1倍叶轮叶频处,且在其他叶频倍频处均发生压力脉动现象.     

间隙对螺旋泵性能与径向力影响的数值模拟

基于Navier—Stokes方程和标准扩κ-ε湍流模型,通过改变叶轮外缘与吸入室之间的间隙,采用SIMPLEC算法对螺旋离心泵进行内流场的数值计算,并对其外特性进行预测,分别获得了4种间隙下的螺旋离心泵的扬程以及作用在蜗壳和叶轮上的径向力,并对其进行分析比较。结果表明：扬程随着间隙变大而下降,特别是在间隙大于1mm时,下降幅度更为明显。径向力有随着间隙变大而减小的趋势,这种趋势在蜗壳上比在叶轮上表现得更为显著,但间隙对作用在叶轮和蜗壳上的径向力的影响并不显著。4种间隙的最小径向力均出现在0．75倍设计流量附近,且最小径向力的值远大于Stepanoff所给出的普通离心泵的径向力。针对该螺旋离心泵提出了径向力理论预测中的实验系数大致取在0．25附近。     

离心泵叶轮出口宽度对泵腔内压力脉动分布的影响

在试验和数值模拟相互验证的基础上,开展叶轮出口宽度对离心泵泵腔内压力脉动分布影响的研究．通过试验和数值计算获得离心泵的外特性、泵腔内静压分布、泵腔内压力脉动分布及泵体表面的压力脉动幅值分布,并进行对比分析,结果表明：前泵腔内静压和压力脉动幅值随出口宽度的增大而增大,随半径的减小而增大;后泵腔内静压和压力脉动随出口宽度和半径的变化不十分明显．综合考虑外特性和压力脉动,在比转数 ns ＝97时叶轮出口宽度与叶轮出口直径之比应小于0.06;为了使压力脉动在泵腔内有效地衰减,出口宽度与前腔间隙的比值在1.81附近时最佳．研究结果可用于指导离心泵叶轮的优化设计．     

基于热固耦合的高温热水泵口环形变分析

为避免高温热水泵在运行过程中出现转子部件咬合现象,对TEG 200-400型高温热水泵的口环间隙进行分析.利用ANSYS Workbench软件,对TEG 200-400型高温热水泵在不同温度下的热固耦合进行有限元分析,得到泵盖冷却水腔有无冷却冲洗以及不同温度条件下的泵口环的形变量.结果表明:冷却腔的冲洗对叶轮口环的位置形变影响较大,高温热水泵的使用过程中,尽量降低泵盖与托架连接处的温度,有利于减小叶轮口环的变形;泵体口环和叶轮口环形变量随介质温度的升高而增大,依据运行介质的温度、泵的自身结构、材料特征等,对热变形进行合理预估并选择设计口环间隙,可避免泵启动及运行时泵体口环与叶轮口环之间的动静摩擦;在250℃设计温度条件下,叶轮口环与泵体口环的半径间隙取为0.6 mm的方案是合理的.研究结果为合理选择叶轮口环和泵体口环之间的间隙提供了一定的依据.     

基于PIV测试的螺旋离心泵内部流动特性研究

为了研究螺旋离心泵内部流体流动机理,通过对螺旋离心泵改造和透明化处理,应用PIV测试技术,取螺旋离心泵轴截面和径向截面分阶段获得各截面上速度变化,进而得到各个截面上的流动信息,揭示螺旋离心泵内部流动状态。结果表明:整个轴向截面中,物理参量扰动大于径向截面,尤其在叶轮流道的轴截面,有明显的涡旋出现。在深入蜗壳的叶轮流道中,涡旋数量明显增加,这是因为该区域的流体方向在叶轮旋转和蜗壳使其变化过程中,同时受力分配促进了这种变化;在径向截面上,能明显看到速度方向和流线沿一个方向旋转,同时,流体均有由中心向外运动的趋势,这是叶轮螺旋段螺旋推进作用后又一个重要组成部分离心段的离心力作用决定的,叶轮的螺旋段螺旋推进作用和离心段的能量转换相互配合,构成了螺旋离心泵工作的过程。     

交错叶轮双吸离心泵空化特性研究

为了探究交错叶轮双吸离心泵的空化性能,结合Rayleigh-Plesset空化模型和RNGk-ε湍流模型,对一叶轮两侧叶片进行交错布置结构的双吸离心泵内部空化流动进行了数值模拟,分析了空化对泵内压强分布的影响,绘制了空化特性曲线,并分析了不同工况下叶轮所受径向力,同时研究了空化对叶轮叶片空泡体积分数及泵内湍动能分布的影响。结果表明,交错叶轮双吸离心泵空化特性同常规离心泵空化特性具有一致性,空化对叶轮所受径向力大小以及湍动能分布都有较大影响。