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兰州理工大学学报 2016年第3期42卷 62-66页

作者：刘宜陈文鹏肖丽倩刘明兰州理工大学能源与动力工程学院甘肃兰州730050

为了研究不同叶片数对压力脉动的影响,在保证叶轮其他几何参数不变的情况下,将叶片数设计为4、5、6三种情况,采用FLUENT软件、RNGk-ε湍流模型和滑移网格技术,对低比转速离心泵进行了三维非定常数值模拟,分析了不同叶片数对蜗壳隔舌、蜗... 详细信息

为了研究不同叶片数对压力脉动的影响,在保证叶轮其他几何参数不变的情况下,将叶片数设计为4、5、6三种情况,采用FLUENT软件、RNGk-ε湍流模型和滑移网格技术,对低比转速离心泵进行了三维非定常数值模拟,分析了不同叶片数对蜗壳隔舌、蜗壳-叶轮间隙以及蜗壳扩散段内压力脉动的影响.结果表明:各个叶片数泵在三个监测点压力脉动频率均以叶片通过频率为主,且在隔舌处压力脉动幅值变化最大;6叶片数泵在小流量下,隔舌处压力脉动幅值变化均小于4、5叶片数,其最大脉动幅值约为静压均值的9%左右;5叶片数泵隔舌处,在0.6、1.4倍设计流量时压力脉动幅值明显大于设计流量下的幅值,约为设计工况下幅值的2倍和2.4倍;4叶片数泵在1.0、1.4倍的设计工况下,隔舌处的压力脉动变化最大,其最大幅值约为设计叶片数的1.29倍和1.4倍.在不同叶片数时,蜗壳扩散段和蜗壳-叶轮间隙内压力脉动变化相对隔舌处较小.

关键词：低比转速离心泵叶片数压力脉动

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基于智能优化算法的低比转速离心泵水力优化设计

基于智能优化算法的低比转速离心泵水力优化设计

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作者：白危宇重庆理工大学

学位级别：硕士

低比转速离心泵因其具有流量小、扬程高的特点,广泛应用于生活供水、工业生产、农田灌溉和石油化工等领域。但是低比转速离心泵普遍存在效率较低、大流量工况区电机容易过载以及小流量区运行不稳定等问题。所以我们需要对低比转速离心... 详细信息

低比转速离心泵因其具有流量小、扬程高的特点,广泛应用于生活供水、工业生产、农田灌溉和石油化工等领域。但是低比转速离心泵普遍存在效率较低、大流量工况区电机容易过载以及小流量区运行不稳定等问题。所以我们需要对低比转速离心泵就其效率和稳定性进行重点研究。本文以重庆水泵厂有限责任公司HCZE 80-250型低比转速离心泵作为研究对象,选取离心泵的效率η和汽蚀余量NPSH作为优化目标,结合CFD数值模拟和BP神经网络与NSGA-Ⅱ遗传算法的多目标优化方法进行多目标优化设计,本文的主要研究内容如下: 1.本文采用UG对离心泵的进口段、叶轮、蜗壳和出口段建立三维模型,并分别对各部分进行网格划分,然后以扬程和效率为检验标准进行网格无关性验证,选择满足精度需求同时网格数量较少的网格方案。对比离心泵外特性试验结果与仿真计算结果,发现二者曲线变化基本相同,总体误差在5%以内;仿真得到的汽蚀余量略小于试验结果,但二者整体变化趋势一致。 2.设计Plackeet-Burman试验方案分别筛选出对效率和汽蚀余量影响显著的变量,综合分析得到叶片包角φ,叶片出口宽度b2,叶片进口安放角β1和叶片出口安放角β2作为最终的设计变量,并给定各自的约束范围。 3.通过最优拉丁超立方抽样方法抽取40组设计方案,通过数值仿真得到每组方案对应的效率和汽蚀余量,以此建立BP神经网络初始样本集。训练神经网络建立设计参数与优化目标之间的关系,利用NSGA-Ⅱ遗传算法整体寻优,最终得到最优方案。优化后的离心泵效率提高1.86%,汽蚀余量降低了0.54m。 4.分析优化前后离心泵的外特性曲线和内流场分布,结果表明:优化泵总体性能优于原型泵;优化后的泵截面压力和速度分布均较原型泵更合理,优化泵的湍流分布范围也较原型泵更小;优化泵临界汽蚀点较原型泵靠后,并且空泡产生更少,优化泵在汽蚀发生区间内的可使用范围要大于原型泵,优化泵的抗汽蚀性能更强。 5.为了验证优化结果的可靠性,对优化方案的叶轮进行铸造加工,分别进行外特性测试试验和汽蚀性能测试试验来验证优化设计的实际效果。结果表明:在设计工况流量下优化后离心泵的效率提高了1.64%,汽蚀余量降低了0.58m,说明本文的优化设计方案切实有效。

关键词：低比转速离心泵效率汽蚀余量数值模拟多目标优化

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分流叶片几何参数对低比转速离心泵水力性能的影响

分流叶片几何参数对低比转速离心泵水力性能的影响

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作者：王恒兰州理工大学

学位级别：硕士

低比转速离心泵的显著特点是流量小、扬程高,被广泛应用于与流体相关的各个领域中,它的结构特点是流道狭长且窄,出口宽度小,造成水力损失较大,圆盘摩擦损失较为严重,导致其运行效率偏低,甚至会使机组产生振动和噪声,内部流动不稳定。如... 详细信息

低比转速离心泵的显著特点是流量小、扬程高,被广泛应用于与流体相关的各个领域中,它的结构特点是流道狭长且窄,出口宽度小,造成水力损失较大,圆盘摩擦损失较为严重,导致其运行效率偏低,甚至会使机组产生振动和噪声,内部流动不稳定。如何提高低比转速离心泵的各项性能,已经成为了一个不可忽视的问题。本文以某低比转速离心泵为研究对象,比转速n=32,叶片数为6。第一部分,在小流量工况下,针对SST k-ω湍流模型计算离心泵外特性结果误差较大的问题,通过改变模型参数β*、β、A、β的取值,分析4个参数的取值对离心泵外特性计算的影响程度;第二部分,采用分流叶片设计法,主要研究分流叶片几何参数对离心泵性能的影响,首先,确定叶轮的叶片数,分别有3+3、4+4、5+5(长叶片数+分流叶片数)三种方案,计算三种方案离心泵的外特性,对比计算结果,最终确定叶片数为5+5;分析分流叶片进口直径D、分流叶片出口厚度L及位置调节系数K三个不同参数对离心泵内部流动特性的影响;最后,对原型泵和优选离心泵分别进行定常与非定常计算。主要研究内容及结论如下:(1)在小流量工况下,选用SST k-ω湍流模型计算离心泵的外特性,结果表明,计算结果与测试结果有较大误差。因此,通过调整模型参数β*、β、A、β的取值,缩小计算结果与测试结果之间的误差,结合正交试验设计法和控制变量法设计不同参数方案;计算结果表明,参数A对离心泵扬程的计算影响最大,并且当A取初始值的1.5倍时,计算结果与试验结果更接近;参数β对离心泵扬程及效率的计算影响较大,当β取初始值的2倍时,计算结果与试验结果更接近;参数β、β*对离心泵扬程和效率的计算影响最小。(2)在设计工况下,研究分流叶片几何参数对低比转速离心泵外特性的影响。对比外特性结果发现,最优方案为n,其中D=232.5mm,L=5mm,K=0.97,离心泵的效率最高,η=48.69%,相比原模型泵计算得到的效率提高了2.2%,扬程为4.761m,满足设计要求。(3)在设计工况下,对原型泵和27种分流叶片离心泵进行定常模拟,结果表明:进口直径为201.5mm,出口厚度L=5mm,叶轮进口处低压区域范围最小;叶轮流道出口与蜗壳隔舌对应位置的湍动能最大,随着分流叶片进口直径增加,该位置湍动能越来越小,随着位置调节系数K增加,该位置湍动能增大,湍流脉动明显;相邻叶片均有漩涡产生,原型泵叶轮上的漩涡主要集中在叶片背面,而分流叶片叶轮上的漩涡主要集中在工作面。(4)在设计工况下,对原型泵和优选分流叶片离心泵进行非定常数值模拟,结果表明:分离叶片离心泵叶轮及蜗壳内部各个监测点的最大压力脉动幅值明显小于原型泵对应的各个监测点最大压力脉动幅值;相比原型泵,分流叶片离心泵叶轮进口的低压分布范围更小,同时,分流叶片离心泵叶轮进出口压力比原型泵小,分流叶片叶轮流道内漩涡区分布范围比原型叶轮流道内漩涡区的分布范围小,减小叶轮内能量损失,改善流道内的流线,优化流场结构。

关键词：低比转速离心泵湍流模型分流叶片定常流动压力脉动

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边界层分离对低比转速离心泵水力性能的影响及优化设计

边界层分离对低比转速离心泵水力性能的影响及优化设计

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作者：卢新全江苏大学

学位级别：硕士

低比转速离心泵因其流量小、扬程高的特点而在石油化工、农业灌溉、城市供水、航空航天等领域有着非常广泛的应用。但其仍存在效率低，流量一扬程性能曲线易出现驼峰而造成流动不稳定，轴功率曲线随流量的增大急剧上升易引起电动机过载... 详细信息

低比转速离心泵因其流量小、扬程高的特点而在石油化工、农业灌溉、城市供水、航空航天等领域有着非常广泛的应用。但其仍存在效率低，流量一扬程性能曲线易出现驼峰而造成流动不稳定，轴功率曲线随流量的增大急剧上升易引起电动机过载等缺点。为了解决上述问题，提高离心泵的水力性能，改善其内部流动状态，本文在基于边界层理论的基础上重新设计叶轮叶片型线，旨在抑制叶轮流道内脱流与回流现象和降低流动损失，从而提高离心泵的水力性能;同时又结合添加分流叶片的设计方法，进一步研究探讨两种方法的集成对水力性能的影响。\n 本文主要工作和研究成果有:\n 1.分析对比了低比转速离心泵几种主要的优化设计方法，本文选择运用边界层理论设计叶轮叶片型线，从而提高低比转速离心泵性能的优化设计方法。\n 2.在叶片边界层理论的基础上，引入速度系数kv和边界层动量损失厚度的参数，推导出叶轮叶片型线方程，并结合叶片边界层厚度和泵的理论扬程等约束计算出叶片型线的具体参数。\n 3.通过分析实例，在给定的初始条件下，计算出边界层动量厚度和理论扬程，并在形状因子的约束下筛选出最佳的速度系数取值，结合已推导出的叶片型线方程进行赋值，最终得到无分离型泵叶片型线的具体参数。对重新设计的无分离型泵进行水力性能的对比分析，并结合其静压云图、速度矢量图和湍动能分布云图等进行流动状态的分析。结果表明，无分离型离心泵在额定工况下速度分布比较均匀，并不存在回流、脱流等现象，说明无分离型泵大大改善了叶轮流道内流动状态，使运行更加稳定。而由静压云图可以看出，无分离型泵在额定工况下静压分布也较均匀，在蜗壳的环形空间内未出现较大的静压梯度，说明流道内流动平稳，压力脉动较微弱。而由其湍动能分布云图可以更准确的验证速度矢量图中观察到的脱流与回流等现象。考察水力性能图，在数值模拟的运行工况范围内，无分离型泵扬程有所增大，效率有所提高而轴功率反而下降，这就在兼顾离心泵效率的同时，也很好的解决了低比转速离心泵大流量工况下电动机易过载的问题。\n 4.基于应用以上设计方法而得到的边界层无分离的泵型，结合短叶片偏置方法设计带分流叶片的泵型，并进行对比分析。在额定工况下运行时，无分离带分流叶片型泵和带分流叶片型泵叶轮流道内速度、压力和湍动能的分布都较小流量和大流量工况下均匀，而带分流叶片型泵叶轮流道内却有脱流、回流的产生，蜗壳环形空间内静压梯度也较大。根据水力性能图可以发现，带分流叶片型泵的扬程和轴功率都较无分离带分流叶片型泵高得多，而效率却有所降低。在大流量工况下，虽然带分流叶片型泵拓宽了泵的运行工况范围，但其轴功率已经大于设计给出的配套功率进而将引起电动机过载。而无分离带分流叶片型泵的效率有所降低，扬程和轴功率远小于带分流叶片型泵，因而很好地解决了带分流叶片型泵在大流量工况下引起电动机过载的问题。

关键词：低比转速离心泵水力性能优化设计边界层理论数值模拟

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蜗壳出口位置对低比转速离心泵水力性能的影响

蜗壳出口位置对低比转速离心泵水力性能的影响

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作者：李尚升兰州理工大学

学位级别：硕士

蜗壳作为离心泵主要的过流部件之一,其水力结构对离心泵的效率有着至关重要的影响。前人对蜗壳的研究主要集中在前八断面的面积及形状、喉部面积以及隔舌安放角等方面。本文以三台比转数均为46的IS80-50-180、IS100-80-290以及IS200-150... 详细信息

蜗壳作为离心泵主要的过流部件之一,其水力结构对离心泵的效率有着至关重要的影响。前人对蜗壳的研究主要集中在前八断面的面积及形状、喉部面积以及隔舌安放角等方面。本文以三台比转数均为46的IS80-50-180、IS100-80-290以及IS200-150-550型离心泵作为研究对象,蜗壳结构在常规的中心出口A型和侧面直出口E型的基础上,将这两者的出口位置横向间距四等分,保持蜗壳基圆大小、前八断面面积及形状、蜗壳出口直径和中心高等参数完全相同,每种型号离心泵均构造A、B、C、D、E五种结构类型的蜗壳,研究了蜗壳出口位置变化对离心泵的外特性、定常内部流场以及非定常压力脉动和内部流动特性的影响。1、对扬程而言,C、E型结构比A、B、D型结构的总体扬程偏高,扬程变化趋势更为合理;对轴功率而言,A、E型结构的轴功率比B、C、D型结构的相对偏大;水力效率取决于扬程和轴功率的幅值变化,是扬程和轴功率综合影响的结果,三种型号离心泵中均是C型结构的水力效率表现最优,IS80-50-180型离心泵中,C型额定工况效率比A型增加了3.47%,C型各个工况点效率比A型的平均增加了2.35%;IS100-80-290型离心泵中,C型额定工况效率比A型增加了2.68%,C型各个工况点效率比A型的平均增加了3.57%;IS200-150-550型离心泵中,C型额定工况效率比A型增加了4.85%,C型各个工况点效率比A型的平均增加了4.02%。2、在定常流动中,同一型号离心泵不同结构类型蜗壳,叶轮进口处静压分布、流线分布以及湍动能分布基本一致,说明改变蜗壳出口位置对叶轮进口处内部流场的影响较小;叶轮出口和蜗壳流道中的静压分布、流线分布以及湍动能分布差异较大,说明改变蜗壳出口位置主要影响叶轮出口及蜗壳流道尤其是蜗壳扩散段中流场的变化。整体而言,在定常流动中,基本都是C型内部流场分布最优,B、D、E型次之,A型最差。3、在非定常流动中,基本都是C型结构的离心泵流道中各个监测点压力脉动幅值最小,且压力脉动主频幅值表现尤为明显,B型次之,A、D、E型的最大。在一个周期各个不同时刻,C型结构较A型结构,同一叶轮各个叶轮流道中的压力梯度更小,流体撞击隔舌之后向该时刻经过隔舌的叶轮流道中扩散的程度更弱,流体速度在第八断面附近发生突降的程度更小,蜗壳扩散段中流体流动方向与蜗壳扩散段型线之间的夹角更小,更多流体能够光滑的沿着蜗壳内壁切线方向流动,故而使C型结构的冲击损失更小,说明C型结构对叶轮流道由蜗壳几何结构的不对称性而引起流场不稳定的影响更小,以及C型结构对离心泵流道尤其是蜗壳扩散段由蜗壳出口位置的改变而引起流体流动方向变化的影响更小。

关键词：低比转速离心泵蜗壳出口位置外特性内部流场压力脉动

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超低比转速离心泵数值模拟及水力性能试验

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南方农机 2020年第11期51卷 49-50页

作者：何建武刘海川曹怀东贵州工程应用技术学院土木建筑工程学院贵州毕节551700 上海大学上海200072 中船重工重庆智能装备工程设计有限公司重庆401100

文章以一款超低比转速离心泵为研究对象,基于SST-SAS湍流模型开展全流道CFD数值模拟,并进行实物离心泵水力性能试验,数值结果和试验结果吻合度较好,数值模拟结果能为超低比转速离心泵的设计提供很好的参考。

关键词：低比转速离心泵数值模拟性能试验

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炼油行业中低比转速离心泵的设计选型

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炼油技术与工程 2015年第3期45卷 36-38页

作者：蔡文刘惠麟中石化洛阳工程有限公司河南省洛阳市471003

介绍了目前常用的多种低比转速离心泵的选型必要条件及原则,对其特点、适用工况以及Q-H,Q-η曲线进行了分析和总结,并以此为基础,给出了低比转速离心泵的选型建议：①流量小于16 m3/h、扬程低于800 m时,旋壳泵效率有较明显的优势;流量小... 详细信息

介绍了目前常用的多种低比转速离心泵的选型必要条件及原则,对其特点、适用工况以及Q-H,Q-η曲线进行了分析和总结,并以此为基础,给出了低比转速离心泵的选型建议：①流量小于16 m3/h、扬程低于800 m时,旋壳泵效率有较明显的优势;流量小于6 m3/h时,应优先考虑旋壳泵.②流量小于16 m3/h、扬程高于800 m时,宜选用高速离心泵.③流量为16～40m3/h、扬程低于800 m时,三种泵均可选;扬程高于800 m时,可以选择多级离心泵和高速泵.④流量为40～60 m3/h、扬程低于800 m时,应优先选择多级泵.⑤对于多种泵型均可选的情况,可以综合考虑其一次投入费用、运行费用和检修费等因素.

关键词：低比转速离心泵多级离心泵高速泵旋壳泵

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叶轮口环间隙对低比转速离心泵效率的影响

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排灌机械 2008年第6期26卷 27-30页

作者：王洋张翔江苏大学流体机械工程技术研究中心江苏镇江212013

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... 详细信息

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.

关键词：低比转速离心泵叶轮口环间隙圆盘摩擦损失效率

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浮环密封在提高低比转速离心泵效率中的应用

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水泵技术 2014年第1期 23-25页

作者：吴生盼张兴林温超丁强民王保权董文平合肥通用机械研究院 230031

针对低比转速离心泵效率普遍较低的特点,分析其原因,提出了采用浮动环密封的改造方案。此一举措顺利解决了低比转速离心泵效率较低的弊病。

关键词：浮(动)环密封低比转速离心泵口环间隙效率

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低比速离心泵叶轮改造

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水力发电 2009年第4期35卷 57-58,80页

作者：张围围曾永忠刘小兵西华大学能源与环境学院四川成都610039

应用NUMECA商业软件计算了某低比转速离心泵内部的三维紊流流场,分析了离心泵内部流场的压力、速度分布,讨论了泵内流动的漩涡现象,进一步优化了叶轮的设计,得到了水力性能较高的离心泵叶轮。

关键词：紊流 CFD 优化低比转速离心泵

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