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.     

灯泡贯流泵装置内部流动及水力特性

为了深入研究灯泡贯流泵装置内部流动与水力特性之间的联系,采用数值计算、性能试验与PIV流场测试方法,获得了灯泡贯流泵装置在大流量、小流量和最优工况下的流动和水力特性.采用RNG紊流模型和SIMPLEC算法,基于多旋转坐标系模型,计算了灯泡贯流泵内部定常流动.分析了泵装置内部流动,指出小流量工况下泵叶轮的进口有较大范围的旋涡区,出水灯泡体内流态较为紊乱;而在最优工况及大流量工况下,泵装置内未见明显回流区.研究表明,灯泡贯流泵进水流道水力损失符合传统管道内局部水力损失规律,而出水流道的水力损失表现为与泵装置运行工况相关的规律,最优工况点附近损失最小,小流量和大流量工况点水力损失均较大.计算结果与二维PIV流动测试结果均表明在小流量下进口近泵壳侧有明显的回流区,而在叶轮出口靠近轮毂处有大面积的脱流.因此,灯泡贯流泵装置优化水力设计应当重视小流量工况下叶轮和导叶处的流动特性.     

核电站冷却水循环泵模型试验

介绍了按照核电站冷却水循环泵的技术要求开发的核电站冷却水循环泵模型,给出了其结构方案;运用CFD方法设计开发了优秀的水力模型,并通过模型泵进行了验证测试;简要介绍了用于测试水力损失和观测流态的冷却水循环泵进水流道设计试验装置．验证测试的结果表明,该泵额定点效率达92％且高效区范围宽;泵运行噪声小,运行平稳;在额定工况点,设计的肘型进水流道水力损失小,仅为0．273m．该水力模型的综合指标达到了同类泵的先进水平,因此,我国核电站冷却水循环泵可实现国产化．     

邳州站竖井式贯流泵装置模型试验研究

根据南水北调东线一期工程邳州站建设的需要,在该站进出水流道优化水力设计研究的基础上,对前置竖井式贯流泵装置进行了泵装置模型试验研究。结果表明,经过优化水力设计的前置竖井式贯流泵装置试验方案SJGL—2010-01和SJGL—2010-02的主要工况点泵装置效率分别超过了82%和83%,泵装置临界空化余量NPSHc均优于5m;前置竖井式贯流泵装置不仅具有投资较少、结构较简单、安装维护方便等优点,而且水力性能优异,在低扬程泵站具有十分广阔的应用前景。     

高扬程离心泵振动特性的试验研究

针对一台小流量高扬程离心泵组,通过调节流量和转速等手段对离心泵进行变工况振动测试研究,分析了泵组振动的基本特性,探讨了与泵组振动相关的内部流动形态,并借助泵组出口旁通阀进行分流抑制泵组振动测试研究,研究了系统小流量运行工况下控制泵组振动水平的方法.测试及研究结果表明:随着流量的增大,泵组总振级呈先减小后增大趋势,设计流量下泵组总振级最低,相比关死点工况,总振级低约9 dB,且尤其体现在1倍叶频和1.5~3 kHz宽频段,这主要与泵组不同流量下内部流动激励有关;泵组总振级随转速的增大呈增大趋势,且在1倍轴频和低频10~315 Hz范围内振级影响更显著;泵组振动强度随旁通流量的增大呈先减小后保持稳定的趋势,最佳旁通流量下总振级降低约2 dB,这说明对于系统要求在小流量工况运行的泵组,可通过合理控制旁通流量有效缓解和控制离心泵组振动.     

水泵振动原因及消除措施

水泵运行中机组振动过大或有杂音时,必须立即停机检查,否则会造成零部件大的损坏。根据多年遇到的泵运行中出现的振动问题,归纳了导致水泵振动的四种情况:泵本身问题、安装问题、使用问题和选型不当,逐项分析各自的振动原因并提出了消除振动的措施和注意事项。     

排涝泵站立式轴流泵装置模型试验

针对排涝泵站改造工程的需要,开展了立式轴流泵装置模型试验研究,轴流泵装置模型由比转速700的水力模型、肘形进水流道和直管式出水流道组成,获得了模型泵和原型泵装置的能量和汽蚀特性曲线以及飞逸转速特性．在叶轮叶片转角为～4。时,泵装置模型最高效率为76．21％,扬程为6．39m,流量为0．298m3／s;对应的原型泵装置设计工况点扬程6．00m,效率为83．87％．流量为25．9m3／s,满足设计流量的要求;在最高扬程下,轴功率小于2300kW．所选用的水力模型性能满足泵站的实际运行要求,经过优化的直管式出水流道保证了泵装置高效稳定运行．     

基于代理模型的混流泵多工况水力性能优化设计

为了拓宽混流泵高效区的运行范围,提高泵非设计工况下的水力性能,提出基于代理模型的混流泵多工况水力性能优化方法.由设计工况单点水力设计得到泵初始设计,并通过叶轮、导叶的参数化方法建立初始计算模型.以叶轮和导叶子午面形状参数以及叶片安放角为优化参数,设计工况下的扬程为约束条件,小流量工况、设计工况、大流量工况下最小效率最大化为优化目标.通过RBF代理型方法建立性能指标与优化参数之间的近似模型,利用CORS优化算法对近似模型进行寻优.根据泵流动特性,提出对子午面形状和叶片形状分步优化策略,有效解决了泵整机模型设计参数多、计算量大的问题.优化结果表明:在0.8Q_d,1.0Q_d,1.2Q_d工况下,泵水力效率分别提高了2.2%, 0.8%和0.7%,扬程均满足约束条件并稍有提高,泵效率曲线较初始设计明显变宽;泵内流场速度分布更加均匀,优化效果明显.     

轴流泵水力模型同台测试结果及选型分析

通过对天津同台测试结果进行分析总结，可为泵站设计中的水泵选型提供参考．根据叶轮主要几何尺寸和扬程流量性能曲线的斜率来划分轴流泵水力模型的扬程范围。能简化水力模型的比较方案．为了兼顾各种特征扬程工况下的运行效率和可靠性，在水力模型初选阶段提出了选型名义扬程的概念．针对选型名义扬程。采用等扬程和加大流量的方法，并参照南水北调东线泵站工程规划和初步设计成果进行水力模型的选择，能确保泵装置获得更高的加权平均效率、分析了模型泵装置安装精度、叶轮叶片厚度，以及叶轮叶片叶尖径向间隙对试验结果的影响，在分析试验数据可比性的基础上提出了方案比较时应注意的问题．随着水泵CAD和CFD技术的发展。不同泵站水泵水力模型应更多地考虑进行针对性设计．     

叶根间隙对双向轴流泵水力性能的影响

为了保证双向轴流泵叶片安放角的可调节性,在叶轮结构设计时,叶片与轮毂之间均会保留一定的间隙,并且该间隙也会随着叶片安装角的调节而发生改变。根据工程经验,叶轮叶根间隙设计不合理会对轴流泵水力性能产生显著影响。为了探究叶根间隙在不同流量下对双向轴流泵正、反运行工况下水力性能的影响,设计了5种叶根径向间隙半径（0、1、3、5、8mm）,基于CFX对5种方案在不同运行工况下的水力性能与内部流态进行预测模拟,并将计算结果与试验测量值进行了验证对比。研究结果表明：当叶根径向间隙大于一定数值时,双向轴流泵在正、反运行工况下的扬程与扭矩会出现明显下降。在大流量条件下,泵效率由于叶根径向间隙半径增加而产生的下降幅度较大,正、反运行工况下泵效率最大下降5.72个百分点和3.48个百分点。在研究叶轮流道内部的流场时发现,正、反运行工况下的间隙泄漏量均随着叶根径向间隙半径的增大而上升。对于叶轮出口处的速度分布而言,轮毂附近的轴向速度与绝对速度环量受叶根径向间隙半径影响较为明显,均随着间隙增大而呈现显著的下降趋势。     

基于LabVIEW的淮安一站水泵机组振动监测系统设计与开发

为实现淮安一站水泵机组的智能化运行状态监测,基于LabVIEW虚拟仪器开发软件,研发了一套集数据采集、三维显示、信号分析、状态推送、故障预警为一体的智能化振动监测系统.采用“生产者—消费者”模型作为程序设计的主体结构,其中“生产者”循环对实时采集的数据进行队列缓存,“消费者”循环通过出队操作获取缓存数据供后续处理.该系统主要实现了:水泵机组重要运行状态参数的采集、显示、分析;动态联查水泵机组的运行状态参数;水泵机组监测点处振动信号的时频域分析;调用Python的企业微信脚本向泵站管理人员推送水泵机组运行状态;设定水泵机组振动阈值进行自动故障预警.通过淮安一站水泵机组的试验测试发现,所开发的智能化振动监测系统不但实现了预期开发目标,而且具有开发成本低廉、人机交互界面友好、可移植性较强、后期维护方便等优点.     

立式混流泵异常振动测试分析

针对某泵站立式混流泵机组异常振动现象,采用低频振动传感器和电涡流传感器,分别测试开机过程和正常运行时水泵机组下机架、泵盖、外筒体振动以及主轴摆度.基于希尔伯特-黄变换进行试验数据处理,获得了测试信号位移峰峰值,通过提取稳定运行时的振动信号特征向量,对故障类型进行识别;在此基础上,通过分析开机过程信号时频变化情况,寻找诱发机组异常振动的故障原因.现场振动测试分析结果表明:稳定运行时机组振动频率主要集中在转频附近,且主轴轴心轨迹成椭圆形,可诊断其故障类型属于转子不平衡;在开机过程中,主轴的轴心轨迹紊乱,开机瞬间机组的振动值为正常运行时振动值的473倍,据此可判断出在此刻机组内部产生了强大的冲击力,进而引起转子不平衡运转.采用希尔伯特-黄变换法能够准确获取水泵振动信号的时频特征,尤其对分析处理高度非线性的被测信号具有很强的优势,而开展开机过程中的振动测试研究,也为水泵故障诊断分析方法开辟了一条新途径.     

1 000 MW级核电站离心式上充泵转子轴系的扭振特性

为研究1 000 MW级核电站离心式上充泵转子轴系扭振特性,应用Pro／E和ICEM软件对水体部件进行三维造型和网格划分,借助现代CAE技术,并采用有限元分析软件Ansys对上充泵转子轴系的扭转振动特性进行数值计算,通过扭振分析得到转子轴系在不同转速下的扭转振幅．结果表明:采用三支撑转子轴系的结构稳定性相比于两端支撑的转子轴系各阶固有频率都有明显提高,这有助于减小上充泵运行时的振动和噪声;在4 900 r／min的转速下转子轴系发生了较为明显的一阶扭转共振,引起共振的主要原因是电动机驱动力矩的6次谐波分量频率和转子轴系的一阶扭振固有频率的整数倍接近;上充泵设计运行转速为4 500 r／min,转速与转子轴系各阶临界转速值相差较大,其转子轴系的扭转振幅较小,不会发生扭转共振,表明所设计的转子轴系结构是合理的．     

不同结构形式对串并联离心泵振动特性的影响

为了研究串并联离心泵不同结构形式对泵外特性及其振动特性的影响,选取叶轮匹配螺旋型压水室和叶轮匹配导叶匹配环形压水室2种结构形式,并参考优秀水力模型采用速度系数法对2种结构形式的串并联离心泵的叶轮进行水力设计,按照标准专门搭建了外特性与振动试验台,对串并联离心泵2种结构形式下的外特性及不同监测点的机脚加速度的1/3倍频程进行数据采集、测试与分析.研究结果表明:叶轮匹配螺旋型压水室的原始结构形式的效率比叶轮匹配导叶匹配环形压水室的新型结构形式的效率要高;串并联离心泵采用叶轮匹配导叶匹配环形压水室的结构形式对于泵组的减振降噪具有良好的作用,新型结构比原始结构在全频段各个监测点振动噪声减小3~4 dB;各个监测点的振动在各个频段的变化无规律可循,监测点的振动噪声也有所变化,监测考核时应布置多个监测点进行综合评价.     

不同叶片数对离心泵流场诱导振动的影响

为了研究离心泵不同叶片数对振动的影响,在保证泵体和叶轮几何参数不变的情况下,将叶轮叶片数分别设计为6和7,从试验与数值计算2个方面就叶片数对离心泵流场诱导振动进行研究.采用RNG k-ε模型分别对2种叶片数的离心泵进行全流道稳态及非稳态数值模拟,分别获得2种叶片数离心泵的稳态速度、压力及非稳态压力脉动特性,对其进行对比分析,并试验测量了2种叶片数下模型泵机脚的振动信号,对振动信号数据进行了处理,从而验证数值计算结果的正确性及改变叶片数所产生的振动影响.结果表明：6叶片的叶轮及蜗室内各个监测点压力脉动较小,机脚振动在轴频下响应较小;叶片数为7时,轴频的二倍频与叶频的低倍频峰值变大,而叶频的高倍频幅值有所降低.结果对建立低振动低噪声离心泵水力设计方法具有重要的参考意义和指导作用.     

叶片数对离心泵内流诱导振动噪声的影响

基于虚拟仪器数据采集系统和泵产品测试系统在离心泵闭式试验台上建立了泵空化诱导振动噪声试验测试系统,实现了泵能量性能参数和流动诱导振动噪声信号的同步采集．以一台比转数为93的5叶片单级单吸离心泵作为研究对象,在保证泵体和叶轮其他几何参数不变的情况下,将叶轮叶片数分别设计为4,6和7片．测量了不同叶片数下模型泵在全流量范围内的能量性能、振动强度和噪声信号,并对振动和噪声信号数据进行了处理．试验结果表明：模型泵内部流动诱导的振动对泵体的影响最大,5叶片时模型泵的振动强度最高;随着流量的增大各测点振动强度大致都呈现先基本不变后显著上升的趋势;泵的噪声信号主要集中在0—2000Hz的范围内;在小于设计流量时,随着叶片数的增大,轴频的峰值逐步增大．研究结果对于建立低振动低噪声离心泵水力设计方法具有重要的参考意义和指导作用．     

浮筏参数对船用离心泵振动特性的影响

为了研究浮筏参数对船用离心泵性能的影响,选择1台立式船用离心泵为研究对象.基于Kriging模型建立了浮筏正面开腔体的正长l1、侧长l2、正厚t1、侧厚t2、正宽w1、侧宽w 2与浮筏重量、泵振动特性之间的近似模型,其中12组数值方案由最优拉丁方方法确定.同时对浮筏质量最小和最大振动烈度最小的2种方案进行了振动特性分析.研究结果表明:l1和t2对浮筏质量影响最大;随着l1增大,浮筏质量先减小后增大;随着t2增大,浮筏质量先增大后减小,接着再增大后减小;t2对浮筏振动烈度的影响不大;随着l1,w1,t1,l2和w2增大,浮筏的振动烈度都是先减小后增大;浮筏最大振动烈度最小和质量最小的2种方案使得振级落差均获得显著提升,振级落差由14.2 dB分别提升到22.6和21.8 dB.     

一种二自由度离心水泵单层隔振设计

对水泵机组与地基的隔振系统进行了研究,探讨了单层隔振系统的两个自由度的隔振设计,通过微分方程求解系统在受到简谐激振力时的动态响应,研究了如何确定单层隔振系统的参数,同时通过改变隔振参数的大小讨论其对传递率的影响,从而对系统进行优化设计。     

大流量自吸离心泵机组轴与曲轴的模态分析

为研究大流量自吸离心泵机组轴与曲轴的振动特性,基于ANSYS有限元分析软件对大流量自吸离心泵机组轴与曲轴的模态特性进行研究,分析了大流量自吸离心泵机组轴与曲轴前5阶振型图及固有频率,并对其各阶固有频率对应的临界转速进行研究.研究表明,大流量自吸离心泵机组轴在支撑间距以及形式的影响下,主要体现出扭曲振动,且第4阶发生了2次扭转变形,呈现对称变化分布.与此同时,大流量自吸离心泵机组轴的设计转速为2 200.00 r/min,而大流量自吸离心泵机组轴的最低临界转速达到2 848.07 r/min,高于实际转速2 200.00 r/min,从而避免了发生共振的可能.采用合理的结构设计可以有效地避免大流量自吸离心泵机组轴与曲轴发生共振,通过模态分析得到振型图和动画显示,清晰地展现出大流量自吸离心泵机组轴与曲轴的动态特性,为系统的安全运行、振动分析以及结构的优化设计提供重要的理论依据.