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流固耦合作用下斜流泵转子动力学特性研究

农业机械学报 2022年第S02期53卷 179-187页

作者：许正萱张帆陈轲祝路峰张金凤宋梦斌江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心镇江212013 利欧集团股份有限公司台州317500

为了研究斜流泵转子系统的动力学特性,以某型号的斜流泵作为研究对象,采用计算流体力学软件CFX 2021R1和有限元分析软件ANSYS Workbench 2021R1平台,对斜流泵转子系统的干湿模态固有频率和振型、临界转速以及基于流固耦合的瞬态动力学... 详细信息

为了研究斜流泵转子系统的动力学特性,以某型号的斜流泵作为研究对象,采用计算流体力学软件CFX 2021R1和有限元分析软件ANSYS Workbench 2021R1平台,对斜流泵转子系统的干湿模态固有频率和振型、临界转速以及基于流固耦合的瞬态动力学进行了求解,研究了叶轮叶片不同位置的变形与应力分布,对比分析了不同流量工况对叶轮叶片变形与应力分布的影响。结果表明:湿模态下转子固有频率会下降,同时随着阶数的增加,固有频率下降程度逐渐明显,第3阶模态时下降程度最小,下降率Δf为9.82%,第6阶模态时下降程度最大,下降率Δf为44.31%。计算所得第2阶模态的临界转速为7369 r/min,远大于转子工作转速,说明转子系统在工作转速下运行时不会发生共振,符合转子动力学的设计要求,能够稳定运转。叶轮叶片背面与工作面总变形量的变化趋势和变形量基本一致,叶片工作面出口叶顶位置变形量最大,幅值达到2.6755 mm,各个位置处工作面变形量都大于背面,最大变形量差值为0.0358 mm,叶顶处变形量都大于叶根处,最大差值为1.0177 mm;叶片工作面进口叶顶处与背面处应力变化趋势和应力幅值大致相似,叶片工作面进口叶顶处与出口叶根处应力幅值都大于相应背面处,而在叶片背面出口叶根处应力幅值大于工作面处。叶片出口处测点应力幅值明显大于进口处测点,叶片背面出口叶根处等效应力最大,最大幅值约6 MPa。不同流量工况下叶片变形量的变化趋势相似,随着流量增大,叶轮叶片各位置处变形量逐渐减小。0.6Q时叶片变形量随时间变化波动最大,最大变形量为3.0672 mm,出现在叶片出口叶顶位置;在叶片叶顶处,随流量增大,应力波动逐渐减小,叶片叶根处,Q时应力幅值波动最大,进口与出口应力波动最小处分别出现在0.6Q与0.8Q流量工况,各位置最大等效应力为12.456 MPa,叶根处每一个应力波动结束后,0.6Q与0.8Q应力曲线会额外多一次小波动,因此应避免泵在小流量工况下运行,并且应加强叶轮叶根处叶片厚度。研究结果可以为斜流泵转子系统运行稳定性分析以及叶轮叶片的结构优化设计提供参考。

关键词：斜流泵流固耦合模态分析临界转速瞬态动力学

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斜流泵叶顶间隙流动及周向槽机匣处理研究

斜流泵叶顶间隙流动及周向槽机匣处理研究

作者：孙亚伟天津理工大学

学位级别：硕士

城市洪涝灾害频发,严重威胁着市民安全。因此,具备大流量、高扬程的应急排水装置对于控制洪涝起到关键作用。斜流泵是应急排水装置的核心,又称为导叶式混流泵,因其流道结构和性能参数介于轴流泵和离心泵之间,所以它既拥有两者的优点,又... 详细信息

城市洪涝灾害频发,严重威胁着市民安全。因此,具备大流量、高扬程的应急排水装置对于控制洪涝起到关键作用。斜流泵是应急排水装置的核心,又称为导叶式混流泵,因其流道结构和性能参数介于轴流泵和离心泵之间,所以它既拥有两者的优点,又补偿了两者的缺点,是一种效果较为理想的水泵。斜流泵具有流量大、效率高、抗气蚀能力强、运行范围广等优点。但在运行过程中存在如失速、叶顶泄漏流、二次流等不稳定现象,其严重影响了水泵运行稳定,使水泵性能下降。因此,将用于压气机扩稳的机匣处理方法运用到斜流泵中,使斜流泵更加安全、高效、稳定的运行是十分必要的。本文针对一大流量斜流泵计算模型在设计转速下的计算结果与试验结果对比进行了准确性校核,在保证了本文数值模拟准确性的基础上,先对实壁机匣下的斜流泵进行了数值模拟仿真,重点分析了斜流泵在不同转速工况以及不同叶顶间隙情况下的性能变化和内部流场变化,探究斜流泵叶间流动机理,为机匣处理奠定理论基础。再在实壁机匣泵的基础上进行周向槽机匣处理,探究机匣处理的扩稳机理以及不同情况下的处理槽对于扩稳结果的影响原理。研究发现,实壁机匣斜流泵在变转速工况计算时,高转速下的实壁机匣泵拥有更大工作范围,总体性能更好。不同叶顶间隙下实壁机匣泵计算时,间隙较小的泵工作范围更广,总体性能更好,大间隙时,提前出现了“驼峰”现象。在基于之前对实壁机匣性能及流场的分析,为抑制叶顶泄漏流从而提高水泵的性能和运行稳定性,本文选取设计间隙(1mm)时的水泵计算模型首先进行了不同数量形式的不同位置周向槽机匣处理研究,通过两种数量形式的周向槽合理的对不同位置机匣处理的处理效果做了充分的对比分析,从而发现叶片前缘位置为最佳处理位置,三槽的处理效果优于单槽。同时在得出最佳处理位置的基础上,对不同叶顶间隙的实壁机匣泵进行周向槽机匣处理,比较各间隙下相比实壁机匣的扩稳提升幅度,寻求机匣处理的最佳间隙,得到了设计间隙为最佳处理间隙,大间隙次之,小间隙最差。最后,对设计间隙下的周向槽进行参数化数值模拟研究,发现槽宽对于周向槽扩稳能力的影响较大,槽深和槽间距对其的影响较小。本文为斜流泵机匣处理的研究提供一定的参考。

关键词：斜流泵叶顶间隙运行失稳数值模拟周向槽机匣处理

斜流泵叶轮水力径向力的数值模拟与试验验证（英文）

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农业工程学报 2015年第9期31卷 71-76页

作者：欧鸣雄施卫东贾卫东付强江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室镇江212013 国家水泵及系统工程技术研究中心镇江212013

该文采用数值分析法研究了斜流泵叶轮的水力径向力变化规律,通过数值模拟准确地预测了斜流泵的水力性能,扬程预测误差在4.4%以内。通过数值分析获得了斜流泵叶轮的瞬态水力径向力数据,均匀进口条件下,叶轮的瞬态水力径向力均值几乎为零... 详细信息

该文采用数值分析法研究了斜流泵叶轮的水力径向力变化规律,通过数值模拟准确地预测了斜流泵的水力性能,扬程预测误差在4.4%以内。通过数值分析获得了斜流泵叶轮的瞬态水力径向力数据,均匀进口条件下,叶轮的瞬态水力径向力均值几乎为零。对瞬态水力径向力进行傅里叶分析,获得其在频域内的分布,结果显示,当工况从0.6倍设计流量点变至0.4倍设计流量点时,1倍和4倍轴频下的径向力突然增大,叶轮的水力不平衡和动静干涉中的叶片通过激励增强了上述频率下的水力径向力数值。流场分析显示,在小流量工况时,叶轮与导叶体之间的回流涡旋完全占据了泵内流道空间。进一步的压力脉动分析证实,在小流量工况下,动静干涉中的叶片通过激励显著增大了叶轮与导叶之间测试点的压力脉动幅值。

关键词：泵叶轮光谱分析水力径向力斜流泵动静干涉回流涡旋小流量工况

斜流泵和消雾冷却塔组合在联碱装置循环水系统中的应用

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纯碱工业 2023年第5期 23-25页

作者：柴培虎程生鹏韩国军金昌氨碱源化工有限公司甘肃金昌737000

探讨了在20万t/a联碱装置搬迁改造项目中,通过多方对比论证循环冷却水系统设备及工艺,尤其是参考部分冶金企业中立式斜流泵的应用,以及考虑到西北地区水资源紧缺现状、节水工作的重要性等因素,循环冷却水系统采用“消雾节水冷却塔+立式... 详细信息

探讨了在20万t/a联碱装置搬迁改造项目中,通过多方对比论证循环冷却水系统设备及工艺,尤其是参考部分冶金企业中立式斜流泵的应用,以及考虑到西北地区水资源紧缺现状、节水工作的重要性等因素,循环冷却水系统采用“消雾节水冷却塔+立式斜流泵”组合,投资省,工期短、设备运行稳定,冷却水进出口温差完全达到设计指标,与搬迁改造前相比,该套装置具有显著的节电、节水、消雾效果,具有良好的经济与社会效益。

关键词：斜流泵节水消雾冷却塔循环冷却水系统

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斜流泵叶轮的多参数组合优化

灌溉排水学报 2017年第5期36卷 79-83页

作者：徐瑛丽浙江同济科技职业学院杭州311231

以比转速为392的斜流泵为研究模型,选取叶片出口安放角、叶片出口边宽度、后盖板倾角3个参数作为研究变量,采用CFD方法对斜流泵性能进行了多参数组合优化的数值计算,并根据性能试验数据验证了CFD数值方法的准确性。基于Box-Behnken试验... 详细信息

以比转速为392的斜流泵为研究模型,选取叶片出口安放角、叶片出口边宽度、后盖板倾角3个参数作为研究变量,采用CFD方法对斜流泵性能进行了多参数组合优化的数值计算,并根据性能试验数据验证了CFD数值方法的准确性。基于Box-Behnken试验建立3因素3水平共17组叶轮模型的试验表并对各方案设计工况下的内流进行了数值计算。采用二次响应面模型拟合效率的性能预测模型,给出目标函数,基于遗传算法对目标函数进行求解。结果表明,对效率影响最为显著的参数为叶片出口安放角,其次为叶片的后盖板倾角,且效率均随二因素的增大而减小,叶片出口边宽度对其影响最小;与原模型叶轮叶片参数相比,β2、b2大于原模型参数,T2保持不变,优化结果显示模型泵水力效率提高1.2%,扬程提高了0.8%。

关键词：斜流泵叶片参数 Box-Behnken试验组合优化

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斜流泵在水力输送中的应用分析

东北水利水电 2022年第5期40卷 45-47页

作者：李勇智松辽委察尔森水库管理局内蒙古乌兰浩特137400

文中分析斜流水泵的特点、水利应用,重点分析了斜流泵在生产中存在的问题及注意事项,并提出了应对措施,以利于设备安全经济运行。

关键词：斜流泵液控蝶阀拦污栅旋转滤网

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斜流泵叶轮和导叶叶片数对压力脉动的影响

排灌机械工程学报 2012年第2期30卷 167-170页

作者：张德胜施卫东王川王国涛邹萍萍江苏大学流体机械工程技术研究中心江苏镇江212013

为了研究斜流泵叶轮和导叶由于动静相干作用(RSI)而引起的压力脉动规律,基于标准k-ε湍流模型、SIMPLEC算法和滑移网格技术,根据叶轮和导叶叶片数及其叶片厚度设计了多种计算方案,并对不同方案的斜流泵模型进行了非定常数值模拟.采用叶... 详细信息

为了研究斜流泵叶轮和导叶由于动静相干作用(RSI)而引起的压力脉动规律,基于标准k-ε湍流模型、SIMPLEC算法和滑移网格技术,根据叶轮和导叶叶片数及其叶片厚度设计了多种计算方案,并对不同方案的斜流泵模型进行了非定常数值模拟.采用叶轮进口、叶轮出口和导叶内部布点监测压力的方法获得了压力脉动曲线,并基于时域图分析了叶轮叶片数、导叶叶片数及其厚度对斜流泵内部压力脉动特性的影响.数值计算结果表明:斜流泵叶轮叶片动静干涉对整个流场的压力脉动影响较大,叶轮叶片数越少,叶轮进、出口压力脉动幅值越大;在设计工况下,导叶内部的压力脉动波形主要受叶轮叶片数影响,而导叶厚度对导叶内部压力脉动影响较小.研究结论将为斜流泵的设计和稳定运行提供参考.

关键词：斜流泵叶片数压力脉动非定常流动数值模拟

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不同流量工况下斜流泵内部流场PIV试验

农业机械学报 2016年第6期47卷 27-33页

作者：施卫东季磊磊李伟邵佩佩李维强蒋小平江苏大学流体机械工程技术研究中心镇江212013 江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心镇江212013

为了探索斜流泵的内部流动特性并优化斜流泵设计,基于粒子图像测速技术(PIV)对斜流泵内部流场进行测量,分析了不同相位叶轮截面处的流线和速度分布以及小流量工况下的涡量分布。研究结果表明,在小流量工况下,由于受到叶片压力面旋涡流... 详细信息

为了探索斜流泵的内部流动特性并优化斜流泵设计,基于粒子图像测速技术(PIV)对斜流泵内部流场进行测量,分析了不同相位叶轮截面处的流线和速度分布以及小流量工况下的涡量分布。研究结果表明,在小流量工况下,由于受到叶片压力面旋涡流动和吸力面脱流的影响,叶轮内部的流动呈现径向运动趋势,且流动紊乱;随着流量增大,叶轮流场流线逐渐向轴向方向移动并沿着轮毂轮廓线流动,在大流量工况下叶片压力面附近靠近端壁处形成明显的旋涡结构。0.6倍流量工况下,当叶轮进口进入拍摄断面时,在叶轮内部形成一个顺时针旋转的负涡;当叶轮出口进入拍摄断面时,在导叶进口外缘出现正向涡量集中区域,且随着叶轮的转动该区域向导叶进口方向移动;当叶片出口远离拍摄断面时,在导叶进口处出现负涡量区,揭示了斜流泵叶轮和导叶动静相干过程中能量损失的内在原因。

关键词：斜流泵多工况涡量粒子图像测速

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斜流泵性能预测与叶轮进出口环量分析

农业机械学报 2011年第9期42卷 94-97页

作者：施卫东邹萍萍张德胜周岭江苏大学流体机械工程技术中心镇江212013

为了揭示大型高比转数斜流泵内部流动规律,采用商业软件FLUENT,对高比转数斜流泵进行数值模拟。通过计算得到的扬程和效率性能曲线与实验结果基本一致,有效地证明了该数值计算的准确性。同时,还分析了3个工况0.8Qopt、1.0Qopt和1.2Qopt... 详细信息

为了揭示大型高比转数斜流泵内部流动规律,采用商业软件FLUENT,对高比转数斜流泵进行数值模拟。通过计算得到的扬程和效率性能曲线与实验结果基本一致,有效地证明了该数值计算的准确性。同时,还分析了3个工况0.8Qopt、1.0Qopt和1.2Qopt稳态流动下叶轮进出口的轴向速度和环量分布规律。结果表明3个工况下斜流泵内部流动稳定,叶轮叶片背面存在明显的负压区;叶轮进口呈非线性环量流型,出口呈等环量流型,轴向速度均为抛物线分布。

关键词：斜流泵数值模拟性能预测内部流动