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长短叶片结构对凝水泵出口管道压力脉动的影响

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长短叶片结构对凝水泵出口管道压力脉动的影响

作者：胡江江苏大学

学位级别：硕士

凝水泵是能源利用以及海洋工程中的关键装备。凝水泵的内部流动为复杂的湍流流动,其中的漩涡、压力脉动、汽蚀等会对泵及泵系统的高效和平稳运行造成威胁,可能导致泵的水力性能下降、服役时间缩短,甚至导致系统运行中断。以往研究中已... 详细信息

凝水泵是能源利用以及海洋工程中的关键装备。凝水泵的内部流动为复杂的湍流流动,其中的漩涡、压力脉动、汽蚀等会对泵及泵系统的高效和平稳运行造成威胁,可能导致泵的水力性能下降、服役时间缩短,甚至导致系统运行中断。以往研究中已经对泵内叶轮与蜗壳之间的动静干涉引起的压力脉动进行了研究,并对泵内非定常流动进行了分析。本文将重点探究不同叶片方案条件下凝水泵出口管道内的压力脉动特征,以期深化对泵系统内非定常流动机理的理解,并为从叶片设计的角度改善凝水泵运行稳定性提供参考。本文以一台立式凝水泵为研究对象,分别设计了等长7叶片方案、5长5短叶片方案和3长3短叶片方案。采用商用计算流体动力学软件对泵内流动进行模拟,验证了网格无关性,并通过试验验证了数值模拟方案的物理有效性。定常模拟结果表明,在设计工况下,泵内静压自叶轮中心向泵壳出口逐渐增大,压力梯度明显,压力分布均匀,泵内流动状态较稳定。在偏设计工况,凝水泵内部流动状态紊乱。小流量工况下,叶轮出口的回流增多,径向导叶与泵壳交界处的流动无序性强;在大流量工况下,叶轮出口处出现较高流速区域。7长叶片方案凝水泵的扬程较高,5长5短叶片方案的泵效率总体较高,3长3短叶片方案的扬程和效率均低于其它两个方案。在定常数值模拟的基础上,采用非定常数值模拟方法对泵及出口管内的流动进行了模拟与分析,研究了不同工况下泵出口管内的压力脉动与监测点位置、和流量之间的关系,对各叶片方案对应的压力脉动的频域特征和能量特性进行了对比研究。研究发现,在偏离设计工况,泵内瞬时流动状态不规则,在小流量工况下,3长3短叶片方案泵叶轮流道内及叶轮出口位置存在多处低压区,对泵做功产生不利影响。泵出口管道内压力脉动的特征频率主要为叶频及其倍频。对于7长常规叶片方案,在偏设计工况下,压力脉动幅值变化较复杂,特征频率集中在低频段,且频率成份复杂;在大流量工况,低频脉动幅值较高。对于5长5短叶片方案,在偏设计工况下,叶频及其倍频对应的压力脉动幅值较高,且不同监测点处的压力脉动特征差异明显。与其它两个叶片方案相比较,5长5短叶片方案在偏设计工况下的压力脉动较弱。泵出口管道内监测点的压力脉动分布反映了沿管道流向的能量变化趋势。在泵出口法兰位置存在较为剧烈的压力脉动,该处的压力与速度分布不规则,削弱了流动的稳定性。等长叶片方案和长短叶片方案的压力脉动特征存在明显区别,尤其是3长3短叶片方案在整个叶轮旋转周期内呈现明显的类似正弦波动规律,而7长叶片和5长5短叶片方案则无此规律。3长3短叶片方案的压力脉动幅值明显高于其它两个方案。7长叶片方案的管道内RMS压力脉动幅值沿流向减小,5长5短和3长3短叶片方案则在监测点P2处出现RMS压力脉动幅值最大值,能量的沿程变化相对不明显。

关键词：凝水泵长短叶片方案数值模拟压力脉动频域分析

考虑高温水泄漏影响的凝水泵启动过程仿真分析

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哈尔滨工业大学学报 2020年第1期52卷 118-125页

作者：覃海波金家善倪何海军工程大学动力工程学院

针对某船用给水机组凝水泵在备用状态和备用转换启动过程中,由于高温除氧水进入凝水泵及其吸入管路而在机组启动后发生汽蚀,导致凝水泵出口压力长时间达不到规定要求的问题,在基于差异演化算法辨识得到凝水泵各级叶轮扬程-流量-转速模... 详细信息

针对某船用给水机组凝水泵在备用状态和备用转换启动过程中,由于高温除氧水进入凝水泵及其吸入管路而在机组启动后发生汽蚀,导致凝水泵出口压力长时间达不到规定要求的问题,在基于差异演化算法辨识得到凝水泵各级叶轮扬程-流量-转速模型、构建凝水系统管路与阀门模型、利用SimuWorks仿真平台建立整个凝水系统仿真模型并进行模型验证的基础上,通过仿真得到了在不同高温除氧水漏泄量的条件下,凝水泵内部各主要节点的凝水焓值、压力、温度或含汽率等参数随机组转换过程的变化情况.研究结果表明,当凝水泵因吸入闸阀存在漏泄而导致水泵内部在启动前充满热水、来自正在启动的机组和已丧失正向流量的停用机组的高温水泄漏量较大时,正在启动的凝水泵就会发生汽蚀而不能及时建立出口压力.论文运用热力学揭示了船用凝水系统一种特有故障的机理,对于系统的设计改进和故障排查具有重要参考价值.

关键词：凝水泵备用启动高温泄漏水汽蚀

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不同空化条件下凝水泵内压力脉动特征

工程热物理学报 2019年第11期40卷 2559-2566页

作者：顾逸平康灿周明明张丽丽江苏大学能源与动力工程学院

对一台凝水泵进行压力脉动实验研究。该凝水泵的叶轮由5长5短叶片组成,叶轮上下游分别设置导流栅和径向导叶。结果表明,该泵的临界汽蚀余量小于1m。低转速条件下,泵的总体压力脉动较高转速条件下低,但同流量下,泵的空化性能较高转速时... 详细信息

对一台凝水泵进行压力脉动实验研究。该凝水泵的叶轮由5长5短叶片组成,叶轮上下游分别设置导流栅和径向导叶。结果表明,该泵的临界汽蚀余量小于1m。低转速条件下,泵的总体压力脉动较高转速条件下低,但同流量下,泵的空化性能较高转速时差。随着泵进口压力的降低,叶频和1/2叶频对应的压力脉动幅值呈现下降趋势,并于空化临界点附近剧增。而小流量工况下,随着空化的发展,叶频被抑制,同时1/2叶频对应的压力脉动幅值呈现不规则变化。

关键词：凝水泵空化压力脉动实验泵进口压力

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凝水泵出口压力波动问题机理研究

船舶工程 2017年第9期39卷 20-23页

作者：张文斌张连山魏丹丹王璐上海船舶设备研究所上海200031

针对某凝给水系统部分工况下出现的凝水泵出口压力波动问题开展相关研究工作,通过调研系统实际运行参数,采用数值仿真和理论计算进行分析,推导系统汽蚀余量特性方程,获取系统参数对凝水泵运行情况边界条件的影响,进而获取导致凝水泵出... 详细信息

针对某凝给水系统部分工况下出现的凝水泵出口压力波动问题开展相关研究工作,通过调研系统实际运行参数,采用数值仿真和理论计算进行分析,推导系统汽蚀余量特性方程,获取系统参数对凝水泵运行情况边界条件的影响,进而获取导致凝水泵出口压力波动的原因,并提出相应的控制措施。

关键词：凝水泵压力波动汽蚀特性凝给水系统

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凝水泵非定常空化特性研究

凝水泵非定常空化特性研究

作者：王兴西华大学

学位级别：硕士

凝水泵是海洋装备和能源领域液体输送的关键设备。凝水泵的空化等不稳定流动现象对设备系统的高效及安全稳定运行造成一定威胁,会导致其本身水力性能下降、增加装置流体流动的振动与噪音、减小设备的使用寿命。因此对凝水泵内部空化特... 详细信息

凝水泵是海洋装备和能源领域液体输送的关键设备。凝水泵的空化等不稳定流动现象对设备系统的高效及安全稳定运行造成一定威胁,会导致其本身水力性能下降、增加装置流体流动的振动与噪音、减小设备的使用寿命。因此对凝水泵内部空化特性的研究具有重要学术意义及工程实用价值。首先,本文以凝水泵作为研究对象,采用定常数值模拟对不同工况进行数值模拟分析。发现在设计工况下,凝水泵内的静压由叶轮中心向蜗壳出口逐渐增大,压力梯度变化明显且分布均匀,凝水泵内部流动稳定。在偏离设计工况下,凝水泵内部流态紊乱,其中小流量工况下,在靠近蜗壳隔舌的叶轮流道内产生回流漩涡,流量越小回流漩涡越明显,导致凝水泵内流体流动紊乱;在大流量工况下,随着流量的增加,流体流速逐渐增高,流速较高区域在叶片出口位置及隔舌附近。然后,采用非定常数值模拟对凝水泵在小流量工况、设计工况及大流量工况下进行空化特性研究,主要对不同空化余量下叶轮切片上的空泡分布、叶轮内空泡形态及叶片表面载荷分布进行分析。研究发现:在设计工况下,凝水泵初生空化余量NPSHa=4.28m,叶片吸力面上出现微小空泡并且附着于叶片头部位置靠近叶轮后盖处;空化发展过程中,空泡向叶轮前盖位置移动并延伸至流道内,对更多流域造成阻塞;凝水泵临界空化余量NPSHa=0.91m,叶片吸力面上空泡体积长度约占叶片弦长的1/3至1/2;严重空化时凝水泵扬程骤降,是由于空泡附着于叶片压力面,使得压力曲线发生变化,做功下降。在偏离设计工况下,叶片进口冲角增大,由于叶片进口边对主流有较强的剪切力,导致凝水泵更易发生空化,初生空化余量在设计工况下达到最优,临界空化余量随着凝水泵流量的增加而增加,其中在小流量工况下,空化对凝水泵内流体的排挤作用不明显,对其性能影响较小;在大流量工况下,凝水泵内流体流速相对变大,导致泵内不稳定性增强。最后对凝水泵的压力脉动信号进行分析,研究发现:在三种工况下,在凝水泵进口部位,流道流体流动较为稳定,压力脉动系数幅值沿流道进口到出口逐渐增加,但幅值较低,空化对进口流道影响较小,无空化与空化时主频均为转频。在凝水泵叶轮部位,吸力面与压力面压力脉动系数幅值沿流道逐渐增加;空化流动导致叶轮内部压力脉动波动明显,主要表现在叶片吸力面;无空化与空化时主频均为转频,次频均为倍数转频。在凝水泵蜗壳部位,压力脉动系数幅值沿蜗壳流道呈现先减小后增大的趋势,隔舌处压力脉动幅值最大,在蜗壳第五断面流动稳定性最强;无空化与空化时主频多为叶频,次频多为转频;偏离设计工况下,空化流动对蜗壳内部压力脉动影响较大。

关键词：凝水泵空化压力脉动数值模拟

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摇摆条件下凝水泵三维汽蚀仿真模拟

摇摆条件下凝水泵三维汽蚀仿真模拟

作者：申晓慧哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

船用核动力装置具有续航能力强、不依赖氧气、功率大、运行稳定、易于控制等优点,在军用和民用上都已经得到了广泛的应用。凝水泵作为船用核动力装置二回路中提供冷凝水的重要部分,对船用核动力装置的安全运行有着非常重要的作用。由于... 详细信息

船用核动力装置具有续航能力强、不依赖氧气、功率大、运行稳定、易于控制等优点,在军用和民用上都已经得到了广泛的应用。凝水泵作为船用核动力装置二回路中提供冷凝水的重要部分,对船用核动力装置的安全运行有着非常重要的作用。由于船用核动力装置受空间布置限制,凝水系统灌注高度小,除氧后的凝水过冷度很低,处于饱和状态,凝水泵在运行过程中容易发生汽蚀。再加上船体运行中会受到海洋波浪的影响,凝水泵会随船体的横摇、纵倾运动导致共用冷凝器液位大幅晃荡,进而可能诱发凝水泵发生汽蚀,影响船用核动力装置的安全与稳定运行。因此对摇摆条件下凝水泵运行特性进行分析,考核凝水泵设计是否满足恶劣工况下的抗汽蚀性能要求,对船用核动力装置的安全运行有着重要的意义。本文以凝水泵为研究对象,运用数值计算的方法,研究横摇周期3s,幅值为45?工况下的凝水泵空化性能、空化流动特点,分析恶劣环境下凝水泵内部流场及汽蚀现象演化特性。进行了无摇摆凝水泵空化三维数值仿真计算,对比实验值得到本文适用的空化模型Zwart-Gerber-Belamri空化模型,并分析了无摇摆条件下凝水泵内的流动特点。对凝水泵进行横摇周期为3s,幅值为45?的摇摆工况下无空化的三维数值仿真,得到了摇摆条件下凝水泵在半个摇摆周期内的凝水泵内流体流动特性,在摇摆过程中,泵内低压区主要出现在导轮叶片表面,尤其是在T2=0.500特征时刻。在半个摇摆周期内,旋转计算域内的整体压力值随时间先增大而后减小。此外,由于摇摆条件的存在,工作轮叶片附近容易出现旋涡、流动分离现象,将造成严重的流动损失,甚至是流动阻塞,严重影响凝水泵的正常运转。为摇摆条件下凝水泵空化三维数值仿真计算提供一些参考。对凝水泵进行横摇周期为3s,幅值为45?的摇摆工况下空化的三维数值仿真,得到凝水泵内导轮和一级工作轮出现了空化现象,导轮空化出现在叶片边缘,现象较明显,但位置远离主流,未对流道形成空泡壅塞;一级工作轮空化现象出现在叶片进口处,现象不明显,几乎可忽略不计。在本文的摇摆条件下,凝水泵导轮较其他部件更容易产生空化,在之后的船用核动力装置的凝水泵抗汽蚀设计中需要更加注意导轮的抗汽蚀性能。

关键词：船用核动力装置凝水泵空化数值模拟

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汽压机两台凝水泵互为自控的控制系统

中国设备工程 1989年第3期 41-41页

作者：林钟植中国石油化工总公司前郭炼油厂

我厂汽压机原有一台凝水泵,凝水水位高时可以自启,凝水水位降到一定程度时可以自停,同时也可以手动启车和停车,其控制系统原理如图1所示。图1汽压机凝水泵控制系统原理图中,33WBXa和33WAXa、33WAXb等分别是高水位和低水位继电器的接点... 详细信息

我厂汽压机原有一台凝水泵,凝水水位高时可以自启,凝水水位降到一定程度时可以自停,同时也可以手动启车和停车,其控制系统原理如图1所示。图1汽压机凝水泵控制系统原理图中,33WBXa和33WAXa、33WAXb等分别是高水位和低水位继电器的接点,继电器33WAX是凝水水位低到规定值时动作,继电器33WBX是凝水水位高到规定值时动作,继电器BZCX是在凝水水位低到规定值时发出声响信号用的,在这里不用管它。从这个控制系统中可以看到凝水泵通过按钮BS和BSS可以手动启车和停车,也可以通过33WBXa接点和33WAXb接点在凝水水位高到规定值时自启,水位降到规定值时自停。现在的问题是为了适应生产的需要。

关键词：凝水泵汽压水位降控制系统规定值声响信号两台纹制控制回路手控

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大面积比喷射泵试验研究

舰船科学技术 2002年第3期24卷 50-52页

作者：黄明全宋伯明费文彬武汉第二船舶设计研究所武汉430064

试验证明 ,采用大面积比喷射泵可以提高凝水泵灌注高度。由于具有结构简单、运行可靠、便于布置等特点 ,在狭小空间条件下。

关键词：喷射泵凝水泵汽蚀问题船用蒸汽动力装置结构参数

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水处理方法的发展

电力技术通讯 1980年第7期 14-19页

作者：朱泰

一、水处理的进程简述对火力发电厂水、汽回路内的水,包括凝水和给水,都必须按一定方式进行化学处理。鼓型锅炉的补给水、给水和炉水,有时还加上凝水,都要进行处理。直流锅炉的给水处理也就是炉水处理,在此条件下,给水和凝水处理就显得... 详细信息

一、水处理的进程简述对火力发电厂水、汽回路内的水,包括凝水和给水,都必须按一定方式进行化学处理。鼓型锅炉的补给水、给水和炉水,有时还加上凝水,都要进行处理。直流锅炉的给水处理也就是炉水处理,在此条件下,给水和凝水处理就显得更加重要了。多年的实践表明,在炉水和给水处理方面,协调砱酸盐处理辅以挥发性药物较为可取。因为多数锅炉爆管事故系由金属氧化物沉积在管内引起,若采用了协调砱酸盐方式,即使受热面已经污脏,甚至管内存在非核蒸发现象,腐蚀损坏仍然可以避免。另一方面,由于炉管内的金属氧化物多半来自炉前系统,若在给水中加氨以提高pH值,同时用联氨除去微量的溶解氧,则管道内和加热器内的腐蚀即可大为减少。并且还可定期进行酸洗,用来

关键词：碱性法给水处理炉水供水处理中性水凝水泵