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回流孔位置及面积对立式自吸泵性能的影响

华中科技大学学报（自然科学版） 2022年第1期50卷 63-68页

作者：程效锐王娟娟刘明建兰州理工大学能源与动力工程学院甘肃兰州730050 兰州理工大学甘肃省流体机械及系统重点实验室甘肃兰州730050

为研究回流孔位置及面积对立式自吸泵性能的影响,根据以往研究得出的经验公式,自隔舌起沿叶轮旋转方向旋转不同角度,在蜗壳侧面设计了15种回流孔位置方案,在200°处设计了10种回流孔面积方案.采用Realizable k-ε湍流模型对各设计方案... 详细信息

为研究回流孔位置及面积对立式自吸泵性能的影响,根据以往研究得出的经验公式,自隔舌起沿叶轮旋转方向旋转不同角度,在蜗壳侧面设计了15种回流孔位置方案,在200°处设计了10种回流孔面积方案.采用Realizable k-ε湍流模型对各设计方案进行了全流域数值计算.计算结果显示:设计工况下,回流孔位置对立式自吸泵效率的影响在2.1%以内,对扬程的影响在5.3%以内;回流孔面积对立式自吸泵效率的影响在2.8%以内,对扬程的影响在3.4%以内.在泵正常工作阶段,回流孔外侧气液分离室中的流体速度很小,基本静止,类似于静压墙的流体阻断了蜗壳内部流体的外泄漏,减少了立式自吸泵内部能量的损耗.在立式自吸泵正常工作阶段,回流孔位置及面积对水力性能的影响较小.

关键词：立式自吸泵回流孔位置面积数值分析

立式自吸泵前口环几何参数对其自吸性能的影响

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排灌机械工程学报 2024年第4期42卷 333-341页

作者：赵伟国强欢欢许强刘明建兰州理工大学能源与动力工程学院甘肃兰州730050 兰州理工大学甘肃省流体机械及系统重点实验室甘肃兰州730050

为探究立式自吸泵前口环几何参数对其自吸性能的影响,以350WFB-1200-50型外混式无密封立式自吸泵为研究对象,在保证自吸泵其他参数不变的情况下,通过改变前口环间隙δ和前口环长度l的数值大小,共设计20种方案.利用数值计算和试验验证相... 详细信息

为探究立式自吸泵前口环几何参数对其自吸性能的影响,以350WFB-1200-50型外混式无密封立式自吸泵为研究对象,在保证自吸泵其他参数不变的情况下,通过改变前口环间隙δ和前口环长度l的数值大小,共设计20种方案.利用数值计算和试验验证相结合的研究方法,通过定常数值计算得到不同方案外特性曲线图及前口环进出口压差图;通过非定常数值计算得到不同方案不同时刻中间截面气体体积分布云图、不同方案自吸泵出口含气率变化图及不同方案自吸完成时间曲线图来研究立式自吸泵前口环几何参数与其自吸性能的关系.研究发现:前口环间隙δ和前口环长度l对自吸泵自吸性能均有影响,适当减小前口环间隙δ和增大前口环长度l均能提高自吸泵自吸性能,且当前口环间隙δ过大时,其对自吸泵自吸性能的影响大于前口环长度l对自吸泵自吸性能的影响.

关键词：立式自吸泵前口环间隙前口环长度自吸性能自吸时间

立式自吸泵动密封能力及自吸性能的影响因素研究

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立式自吸泵动密封能力及自吸性能的影响因素研究

作者：刘明建兰州理工大学

学位级别：硕士

自吸泵是一种特殊的离心泵设备,广泛运用于工农业的生产和生活中,自吸性能是评价自吸泵性能优劣的重要指标。基于我国对环境保护及可持续发展要求,对自吸泵的水力性能及自吸性能提出了更高的要求。副叶轮做为立式无密封自吸泵动密封结... 详细信息

自吸泵是一种特殊的离心泵设备,广泛运用于工农业的生产和生活中,自吸性能是评价自吸泵性能优劣的重要指标。基于我国对环境保护及可持续发展要求,对自吸泵的水力性能及自吸性能提出了更高的要求。副叶轮做为立式无密封自吸泵动密封结构的旋转运动部件,密封腔几何参数是影响自吸泵动密封能力大小的重要指标之一。叶轮做为自吸泵的能量转换结构,叶轮进口边位置及前口环间隙对自吸泵自吸性能影响较为显著。因此本文针对自吸泵动密封结构几何参数变化对自吸泵动密封性能的影响规律进行研究,针对叶轮几何参数变化对自吸泵自吸性能的影响规律进行研究,具体研究内容如下:1.立式无密封自吸泵动密封结构几何参数变化对密封能力的影响为了降低自吸泵密封装置的能量损耗,提升自吸泵的整机效率,在保证其他水力部件结构参数不变的情况下采用正交试验的方法对动密封结构装置进行有优化设计。为了研究动密封结构参数变化对密封能力的影响,根据自吸泵生产和实际应用情况,选取了副叶轮叶片形式、叶片个数和密封腔排气孔大小三个变化因素,并且每个因素选取三个水平变量,按L(3)正交试验方案,设计不同的方案。数值计算结果表明:在满足自吸泵动力密封要求的情况下,副叶轮的叶片结构形式对动密封能力的变化影响较大,叶片个数及排气孔的大小对动密封能力的影响相对较小。因此在立式无密封自吸泵动密封装置设计和结构几何参数的选择时,采用径向直叶片结构形式、适当的叶片数和密封腔排气孔,可以使动密封结构具有良好的密封能力,在一定程度上对自吸泵的整机效率有所提升。2.叶轮叶片进口边位置对自吸泵自吸性能的影响规律研究为了研究叶轮进口边位置变化对自吸泵叶轮在自吸过程中气液混合能力的影响规律,保证自吸泵其他几何参数不变,在叶轮原模型的基础上共设计了5种不同的叶轮模型方案。通过对比分析不同模型方案非定常数值计算结果表明:叶轮进口边位置由后盖板位置向出口前掠,可以使得叶轮进口边工作时对流体进行分时加载,可以有效提升自吸泵在自吸排气阶段的气液混合能力,从而使得自吸完成时间缩短;叶轮进口边前掠角度对外特性的影响呈线性变化,在一定范围内进口边前掠对自吸泵的扬程和效率影响不大,但是当前掠超过一定角度会使扬程和效率明显下降;在额定工况下叶轮进口边前掠一定角度为10°时对比原模型自吸泵自吸时间可以缩短25%,自吸性能明显得到提高。3.叶轮前口环几何参数变化对自吸泵自吸性能的影响规律研究为了研究叶轮前口环几何参数对自吸泵性能的影响规律,在保证其他几何参数不变的情况下通过改变前口环宽度l和间隙d的值,在原模型的基础上设计了20种不同的叶轮方案,通过定常数值计算和非定常数值计算分别对其进行对比分析。通过定常计算对自吸泵叶轮内的压力变化进行对比分析。通过对不同模型方案出口位置含气率的监测和分析,得到不同模型方案自吸泵自吸完成时间,通过对比分析可以得到在不同时刻下,自吸泵内部气液两相在泵内的分布情况以及不同方案下自吸时间的变化规律。数值计算结果表明:前口环宽度和间隙对自吸泵自吸性能的影响呈线性变化;前口环进出口压差增大会使自吸泵的扬程和效率得到提升;口环宽度变化对自吸性能的影响呈正相关,前口环间隙的变化对自吸性能的影响呈负相关。

关键词：立式自吸泵动密封正交试验自吸性能数值分析

回流孔对立式自吸泵水力性能及自吸性能的影响

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回流孔对立式自吸泵水力性能及自吸性能的影响

作者：王娟娟兰州理工大学

学位级别：硕士

自吸泵作为一种特殊的离心泵,其性能包括自吸性能及水力性能。回流孔的位置及面积对泵的内部流动及性能有重要影响,而对其研究目前尚不够透彻。本文主要将一种立式自吸泵作为研究对象,通过理论分析、数值计算(涉及CFD定常数值计算与气... 详细信息

自吸泵作为一种特殊的离心泵,其性能包括自吸性能及水力性能。回流孔的位置及面积对泵的内部流动及性能有重要影响,而对其研究目前尚不够透彻。本文主要将一种立式自吸泵作为研究对象,通过理论分析、数值计算(涉及CFD定常数值计算与气液两相流非定常数值计算)及试验验证相结合的分析研究方法,并对回流孔的两个影响因素(位置及面积)设计不同的方案,研究探讨了其对立式自吸泵主要性能的影响。内容如下:1.在立式自吸泵正常工作阶段,回流孔位置及面积对其水力性能的影响在蜗壳侧面开设回流孔,对回流孔面积与位置分别设计10组、15组方案,选择其中一个方案作为模型方案进行试验测量,再将试验结果与数值计算结果通过对比来对所研究数值计算方法进行有效性验证,得出误差在允许范围内,接下来开始对各设计方案进行定常数值模拟计算。研究发现:回流孔不同位置方案对立式自吸泵扬程影响在5.3%以内,对效率的影响在2.1%以内;回流孔不同面积方案对扬程的影响在3.4%以内,对效率的影响在2.8%以内。分析原因如下:立式自吸泵水力性能主要体现在正常工作阶段,而气液分离室中的流动与蜗壳内的流动在自吸阶段完成后有较清晰的界线,又回流孔开在不同位置主要影响的是气液分离室中的流动,也就是说,回流孔两侧蜗壳与气液分离室之间虽然存在能量的传递,但对流动相互干扰很小,且随着回流孔面积的增大,蜗壳结构越不完整,但气液分离室的存在恰好补偿了蜗壳缺失的结构,弥补了因蜗壳结构而造成的流动不稳定。故对立式自吸泵整体而言,在立式自吸泵正常工作阶段回流孔位置及面积变化对其水力性能的影响较小。2.回流孔面积对立式自吸泵自吸性能的影响为研究回流孔面积大小对立式自吸泵自吸性能的影响,文中通过设计S’-S’共8组回流孔面积方案分别进行气液两相流非定常数值计算,研究发现:1)回流孔面积变化主要会影响立式自吸泵的自吸时间:a.回流孔面积在经验公式得到的面积区域内取值时,回流孔面积越小,自吸时间越短;b.回流孔面积在经验公式所得区间左侧域至左值一半值之间与回流孔面积最优值至右值两倍值的区间中,随着回流孔面积越大,自吸时间基本不变,但比经验公式中所得最短自吸时间长13%;c.回流孔面积超过b中的区间时,自吸时间会明显加长。2)回流孔面积还会影响立式自吸泵自吸过程中气液两相的混合程度:除最佳面积外,基本呈现为回流孔面积越大,混合程度会呈先高后低的变化趋势;但同时因为气体是有限的,故混合程度会有个饱和值,超过这个饱和值,回流孔面积再增大则对自吸性能不但没有改善,反而由于这个多余的结构扰乱了立式自吸泵内的原本流态,回流孔会起反作用,使自吸时间加长。3.回流孔位置对立式自吸泵自吸性能的影响通过设计φ’-φ’共8组回流孔位置方案分别对其进行气液两相流非定常数值计算来研究回流孔位置对立式自吸泵自吸性能的影响,研究发现:1)对自吸时间的影响:同一回流孔面积下,回流孔位置不同,立式自吸泵排气完成时间也会不同;回流孔位置越靠近隔舌与蜗壳出口位置,所需自吸时间越长,即回流孔位置存在一个最佳范围。从所设计的回流孔位置方案所得自吸时间可以得出回流孔最佳开设位置在φ’=140°处,回流孔位置最佳范围为φ’=60°～220°,此范围内,立式自吸泵自吸时间变化最大相差5.4%,且回流孔位置靠近出口处比靠近隔舌处立式自吸泵自吸时间更久。2)对比旋涡产生的位置发现:回流孔越靠近蜗壳隔舌位置与蜗壳出口位置,回流孔越靠近气液分离室两侧的位置,产生旋涡的客观结构条件允许程度越小;而回流孔处于越靠近蜗壳及气液分离室中间轴截面位置,旋涡呈现更加对称分布的趋势。3)立式自吸泵自吸进程中其气液混合程度还会因回流孔所在位置不同而对其产生影响,但气液混合程度与立式自吸泵自吸阶段的自吸时间无直接影响。4.本文通过气液两相非定常数值计算还发现:立式自吸泵气液两相混合主要发生在自吸阶段的中前期,中后期气体主要存在于气液分离室及出水管等结构中,叶轮内基本没有气体,这也使得扬程基本开始进入稳定阶段,即回流孔的作用已基本完成。即在立式自吸泵自吸阶段中后期至自吸阶段完成进入正常工作阶段回流孔都不发挥作用,对立式自吸泵性能影响也很小。

关键词：立式自吸泵气液两相流自吸性能回流孔数值分析

环形喷射对自吸泵空化抑制及双级动密封水力性能优化

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环形喷射对自吸泵空化抑制及双级动密封水力性能优化

作者：熊博兰州理工大学

学位级别：硕士

自吸泵因其良好的自吸性能,被广泛应用于农业、钢铁工业、排涝等领域。随着各类应用场合对立式自吸泵空化性能、水力性能及自吸性能要求的不断提高,现行使用的立式自吸泵已经越来越难以满足要求。本文以单级动密封立式自吸泵为研究对象... 详细信息

自吸泵因其良好的自吸性能,被广泛应用于农业、钢铁工业、排涝等领域。随着各类应用场合对立式自吸泵空化性能、水力性能及自吸性能要求的不断提高,现行使用的立式自吸泵已经越来越难以满足要求。本文以单级动密封立式自吸泵为研究对象,首先在叶轮入口布置环形喷射结构来改善其空化性能。然而,环形喷射会造成自吸泵容积损失增大,导致泵水力性能下降。其次,以提升自吸泵水力性能为目标,设计双级动密封结构,并揭示双级动密封对自吸泵水力性能的影响规律。最后,将双级动密封结构与环形喷射相结合,提出一种兼顾空化性能与水力性能的立式自吸泵结构,并针对单、双级动密封结构对立式自吸泵自吸性能的影响进行对比研究。具体研究内容如下:1.为改善自吸泵空化性能,设计五种环形喷射结构。通过对比研究,获得环形喷射结构参数变化对自吸泵空化及水力性能的影响规律。结果表明:环形喷射可有效改善自吸泵的空化性能,但会降低泵的水力性能。随着环形喷射孔比面积k的增大,自吸泵空化性能呈先变好后变差的趋势,水力性能有所下降。k=0.25时,自吸泵空化性能最好,相比于无喷射结构自吸泵,空化性能提升了26%,扬程和效率分别下降了2.1%和2.5%。2.为提升自吸泵的水力性能,提出了一种双级动密封结构。通过对单、双级动密封立式自吸泵水力性能进行对比分析,揭示双级动密封对自吸泵水力性能的影响规律。结果表明:双级动密封立式自吸泵比单级动密封立式自吸泵有更好的水力性能和密封性能,相比于单级动密封立式自吸泵,双级动密封立式自吸泵扬程提升了2.2%,效率提升了4%,封压功率比提升了22%。3.将双级动密封结构与环形喷射相结合,研究双级动密封与环形喷射耦合下的自吸泵空化及水力性能,最终提出一种兼顾空化性能与水力性能的自吸泵结构。结果表明:双级动密封使带喷射结构自吸泵的空化性能进一步提升了2.7%,并且提升了泵的水力性能,使其扬程提升了2.1%,效率提升了2.3%。研究结果证明,同时带有双级动密封结构和环形喷射的立式自吸泵,能够在有效改善自吸泵空化性能的同时保证泵的水力性能。4.动密封结构在自吸过程中承担着排气功能,其结构会影响自吸泵自吸时间。通过对比分析单、双级动密封结构对自吸泵气液两相流动的影响,揭示动密封结构对自吸泵自吸时间的影响规律。结果表明:单级动密封立式自吸泵自吸时间比双级动密封立式自吸泵短,单级动密封立式自吸泵的自吸时间为7.2s,双级动密封立式自吸泵的自吸时间为10.4s。单、双级动密封立式自吸泵内气液两相分布差异集中在气液分离室,其中双级动密封结构使气液分离室内流态变得紊乱,容积损失增大,气液分离能力变差。

关键词：立式自吸泵环形喷射双级动密封结构空化性能水力性能

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蜗壳回流孔对自吸泵性能的影响

工程设计学报 2015年第3期22卷 284-289页

作者：夏丽武鹏吴大转浙江大学化工机械研究所浙江杭州310027

回流孔在自吸泵中通过液体回流蜗壳的方式达到改善自吸性能的目的,其位置和面积大小对自吸性能和效率有着显著影响.利用计算流体力学分析方法对带回流孔的自吸泵内部流动进行数值模拟,研究回流孔附近的流动特性,分析不同回流孔位置和面... 详细信息

回流孔在自吸泵中通过液体回流蜗壳的方式达到改善自吸性能的目的,其位置和面积大小对自吸性能和效率有着显著影响.利用计算流体力学分析方法对带回流孔的自吸泵内部流动进行数值模拟,研究回流孔附近的流动特性,分析不同回流孔位置和面积对内部流动和泵性能的影响.结果显示,基于内流模拟预测的自吸泵性能与试验结果趋势吻合.在设计工况下,增大回流孔面积可使回流蜗壳的流量增大,在不降低泵性能的情况下明显改善泵的自吸性能;在大流量工况下,回流孔面积的增大导致蜗壳到气液分离室的泄露,从而带来较大的容积损失.回流孔在环向的位置主要对蜗壳内外压差产生影响,随着回流孔向隔舌靠近,蜗壳与气液分离室的压差逐渐变大,从蜗壳到气液分离室的泄漏损失增大,泵的效率降低.因此,对于特定的自吸泵,存在一个最佳的回流孔开孔面积和位置.

关键词：立式自吸泵自吸性能效率数值模拟回流孔容积损失

WFB型立式自吸泵叶轮对自吸性能影响的研究

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WFB型立式自吸泵叶轮对自吸性能影响的研究

作者：陆梦雅江苏大学

学位级别：硕士

自吸泵作为一种特殊的离心泵,具有适应性强、使用方便等特点,广泛应用于农田灌溉、矿山排水等领域。自吸泵的自吸过程是一个极为复杂的气液两相流动过程:输入液体、气液混合、气液分离、气体排出、稳定输水等多个过程。影响自吸泵性能... 详细信息

自吸泵作为一种特殊的离心泵,具有适应性强、使用方便等特点,广泛应用于农田灌溉、矿山排水等领域。自吸泵的自吸过程是一个极为复杂的气液两相流动过程:输入液体、气液混合、气液分离、气体排出、稳定输水等多个过程。影响自吸泵性能的因素为:叶轮外径、叶轮出口宽度、叶轮型式以及储液室容积等。目前我国对自吸泵的设计还处于半经验半理论阶段,对自吸泵内部机理研究较少,因此研究其内部机理具有很有高的学术价值与实用意义。本文以WFB型立式自吸泵为研究对象,对其叶轮进行优化设计,并进行试验与数值模拟,研究叶轮型式以及叶轮出口宽度对自吸泵的水力性能以及自吸性能的影响。其主要研究内容如下:（1）以100WFB-B2型号的立式自吸泵为研究对象,设计了三种叶轮分别为:半开式叶轮、闭式叶轮、叶轮出口宽度大小不同的闭式叶轮,通过试验及数值模拟得到了三种不同叶轮对自吸泵水力性能、自吸性能的影响。（2）对三种不同叶轮的模型泵进行外特性试验,改变泵的进口流量,得到不同流量工况下的扬程与效率等参数,并将得到的扬程、流量、效率等外特性曲线进行对比分析,结果表明:同参数的闭式叶轮效率要比半开式叶轮高8%-10%;减小叶轮出口宽度,泵的效率会下降。（3）对三种不同叶轮的模型泵内部流动进行单相流定常数值模拟,得到不同流量工况下的扬程,并将数值模拟结果与外特性试验得到的扬程相对比,发现模拟结果三种模型最大误差值为6.1%,证明其模拟的相对可靠,并从泵腔内部压力以及速度分布云图、叶轮内部分布云图以及速度流线分析叶轮型式以及叶轮出口宽度对泵性能的影响,结果表明:叶轮结构对泵腔内部压力分布影响较大、对泵腔内部的速度分布影响较小,且叶轮结构对自吸泵的水力性能的影响要大于叶轮出口宽度对自吸泵水力性能的影响。（4）采用CFX软件提供的MIXTURE混合模型对三种装配有不同叶轮的自吸泵的自吸过程进行了非稳态气液两相数值模拟,并对主要过流部件的进出口如:叶轮进出口、蜗壳出口、出水管出口等含气率进行监测,获得其自吸过程中含气率随时间变化曲线,并根据出口含气率变化状态判断其自吸完成的时间。泵腔内部的气液两相分布云图充分展示了自吸过程中泵腔内部的气液两相流动情况,根据气液两相运动规律可以将自吸分为:自吸初期、自吸中期以及自吸末期,其中叶轮对自吸过程起到影响的主要是自吸中期。结果表明叶轮形式的改变对自吸过程中的气液混合、分离速度影响较小,改变叶轮出口宽度对自吸过程中的气液混合、分离速度影响较大。对比主要过流监测面的含气率变化曲线,发现半开式叶轮进气量要高于闭式叶轮,适当减小叶轮出口宽度,叶轮进口最大含气率会增加;叶轮出口宽度增大时,气液混合分离面积增大,叶轮气液分离效果最好;从整体出口含气率变化曲线来看,闭式叶轮与半开式叶轮区别较小,减小叶轮出口宽度,出口含气率变化较为平缓,自吸时间较长。从自吸性能来看,叶轮出口宽度变化带来的影响要远大于叶轮型式的改变。

关键词：立式自吸泵叶轮参数自吸性能气液两相流数值模拟

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立式自吸泵的节能与创新

通用机械 2015年第10期 79-82页

作者：高稳戈撖建萍徐雪敏泰州泰东泵业有限公司江苏225300 江苏长凯机械设备有限公司扬中212211

通过对无密封(动力密封)立式自吸泵结构分析,结合多年来的设计应用,总结了立式自吸泵结构对水力性能、自吸性能及效率的影响因素,提出了提高立式自吸泵效率、结构改进措施和注意事项。

关键词：立式自吸泵结构性能

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水泵技术 2012年第3期 64-72页

长沙天鹅工业泵股份有限公司公司坐落于历史文化名城长沙,总部设在湖南天心环保工业园,其前身为长沙工业泵总厂。目前,公司系湖南省高新技术企业,ISO9001:2000版质量体系认证企业,国家电力咨询公司200MW、300MW、600MW火电机组循环水泵... 详细信息

长沙天鹅工业泵股份有限公司公司坐落于历史文化名城长沙,总部设在湖南天心环保工业园,其前身为长沙工业泵总厂。目前,公司系湖南省高新技术企业,ISO9001:2000版质量体系认证企业,国家电力咨询公司200MW、300MW、600MW火电机组循环水泵定点生产厂家,中国行化物质资源市场成员,获消防产品资质认可企业,获煤矿矿用产品安全标志认可企业。公司鼎力推行品牌战略,并与清华大学、华中科技大学、江苏理工大学和

关键词：化工泵多级泵立式自吸泵双吸泵开式叶轮