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摘要:基于双向流固耦合方法对核主泵内流场和结构场进行联合求解,研究流固耦合作用下核主泵叶轮的力学特性,分析经流固耦合作用后叶轮总体、叶片进出口边及叶根在各流量下的应力及变形分布.研究结果表明流固耦合作用对核主泵外特性有一定影响且耦合后结果更接近试验值;随着流量的增加,叶轮前盖板处应力分布均匀性有所降低,而叶轮的最大等效应力均发生在叶轮叶片出口边与叶轮前盖板交界处,在交变载荷的作用下容易产生疲劳破坏.叶轮的最大的变形发生在叶轮叶片出水边的中部,叶轮的最大变形量随着流量的增加而增大.叶根的进出口边处易出现应力集中现象,说明叶片进出口边对液流的压力载荷及动静干涉作用极为敏感,在叶轮水力及结构设计时应予以足够重视.研究结果为核主泵以后的性能分析、叶轮的结构设计、维护和检修提供了有益参考.
摘要:针对研究不同启动加速度对核主泵启动过渡过程中叶轮内部流动的影响,以3组不同启动加速度瞬态外特性试验性能参数为依据,获得流量与时间和转速与时间的外特性曲线,将获得外特性曲线作为边界条件,代入CFX中进行数值模拟,分析启动过程中外特性曲线及叶轮流道内流线图和压力梯度云图.结果表明:启动加速度与核主泵启动时间有直接关系,但是与流量和转速到达稳定值之间的时间差无关;启动加速度对叶轮内部流动稳定性和压力变化幅度有较大的影响,在启动过渡过程中,较大启动加速度对应叶轮内部流动极不稳定,产生一定强度和面积的旋涡区且压力变化幅度有较大波动,而较小启动加速度对应叶轮内部流动稳定,压力变化幅度均匀.该结果在启动过渡过程中对控制核主泵的不稳定性有重要的价值.
摘要:为研究瞬态空化工况下CAP1400核主泵动力学特性,基于层约束设计方法对叶轮叶片进行优化设计,使得产生在后盖板附近的气泡不至快速向前盖板方向发展,即将汽泡发展约束至不同层内.基于雷诺平均动量方程和SST k-ω湍流模型,通过CFX软件对核主泵空化瞬态过程进行定常和非定常数值计算,得到最优层约束叶片模型和空化发展过程中叶轮的瞬态轴向力与径向力变化,对时域信号进行快速傅里叶得到轴向力与径向力的频域特性.模拟结果分析表明:层约束叶片设计能够有效提升泵在小流量工况时的水力效率,而保持其在额定工况区域水力效率基本不变;空化瞬态过程叶轮所受轴向力指向叶轮进口,受空化汽泡带来的叶片表面压力差变化的影响较大;叶轮瞬态径向力合力周向分布规律不受空化程度的影响,而与泵本身的运行状态有关;核主泵在低频范围内径向持续振动明显强于轴向振动,且伴随空化的加剧愈加显著.
摘要:为了分析输油泵的泵内部流体噪声及泵外部噪声的发生规律,对泵内流体声学的模拟方法以及泵噪声测试的试验方法进行研究.基于CFD/CA工具对声学数值模拟进行流场与声场间的耦合计算,对流动诱导噪声的声场传播规律进行求解,分析了回流或空化现象发生时的流动噪声声压级变化和频域特征.研究发现泵内未发生空化前,流动诱导噪声的频谱呈离散型,集中在低频区,并在高频时快速衰减,随着空化系数逐渐变小,叶轮与导叶之间的动静干涉作用成为泵内诱导噪声的主因.而试验测试是基于四端网络法,针对不同工况下的流动诱导噪声进行试验研究,发现泵噪声主要和泵流量有关,而泵机组噪声主要和泵运行工况有关.
摘要:为研究失水事故下核主泵内气液两相流动情况,本文依据核主泵性能参数、几何结构建立核主泵三维造型,通过使用商业模拟软件ANSYS CFX仿真边界条件、布置密集监测点,从外特性、含气率分布、压力和径向力变化四个方面分析计算结果.分析发现:事故发生后核主泵的效率和轴扭矩总体上单调减小,扬程变化较为复杂,流道内气相聚集与含气率波动规律主要受气体物理特性、流动不稳定性和叶片动静干涉等影响.导叶内压力波动程度与距离动静叶片交界面位置有关,比叶轮内波动更为剧烈.叶轮所受径向力大小总体上不断下降,在叶轮转动一周过程中径向力存在数个极大值,随着事故持续,叶轮转动一圈过程中的数个极大值趋于相等.
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北大核心 CSTPCD CSCD EI CBST
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摘要:由于磨碎泵在实际运行中刀盘的流道容易发生堵塞,本文主要模拟磨碎泵静刀盘的刀盘流道堵塞情况对磨碎泵性能的影响,该模拟基于ANSYS-CFX14.0软件分别对无阻塞潜水磨碎泵模型进行定常和非定常计算,并对无阻塞潜水磨碎泵的外特性进行了试验验证。分别堵塞磨碎泵静刀盘流道的1/4、1/3、1/2,通过对不同的流道堵塞工况分析发现:随着流道堵塞程度的增加,潜水磨碎泵的扬程整体下降,潜水磨碎泵的功率整体下降,效率降低,且最高效率点向小流量区域移动,可发现当堵塞静刀盘流道的1/4、1/3时,对磨碎泵的扬程、效率和功率的影响不大,堵塞1/2时,磨碎泵的扬程和效率下降明显,即堵塞不严重的工况下,磨碎泵的水力性能所受影响很小;随着流道堵塞程度的增加,刀头附近的空化程度在加剧,当堵塞比达到一定程度时,叶轮进口背面也开始发生空化;静刀盘流道内压力脉动脉动能量最大,且随着远离静刀盘流道位置的脉动能量降低,动静刀盘的动静干涉作用是影响动刀盘和靠近静刀盘流道的监测点压力脉动的最主要因素,且随着流量的增加,各个监测点主频幅值均有所降低。
摘要:为研究离心泵发生空化时叶轮内部瞬态不稳定流动变化规律,本文应用 ANSYS-CFX 软件对离心泵内部发生空化时进行定常和非定常计算,采用泵内部不同流道的速度场、压力场、气体体积分数以及压力脉动情况的计算结果分析流道内部瞬态非线性的流动变化规律。研究结果表明:受动静干涉及蜗壳喉部面积等因素的影响,离心泵内部各流道空化的发展是非线性的,随着空化的发展,叶轮内部压力场、速度场和各流道气体体积分数的分布是不对称的。导致这种非线性空化现象的主要原因是蜗壳结构的不对称以及流道内中间流面到叶片背面所在流道区域的空化进程不同步;在空化不严重的情况下,不同流道的脉动呈现相同的规律,但严重空化情况下,压力脉动主频混乱,规律性减弱。
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北大核心 CSTPCD CSCD AJ CA EI CBST
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摘要:为了提高无堵塞磨碎泵的水力性能及改善磨碎效果,在分析影响无阻塞潜水磨碎泵水力性能和磨碎效果的主要几何因素的基础上建立无阻塞潜水磨碎泵的优化方案,结合无堵塞潜水磨碎泵的使用特点,通过数值模拟软件ANSYS-CFX对无阻塞潜水磨碎泵优化方案进行模拟计算及改进,并通过样机试验对CFD模拟结果进行试验验证,结果表明:磨碎泵动刀盘刀头数目是影响泵水力性能的最主要因素,在保证磨碎效果的前提下,应尽量选用较少的刀头数目;动静刀盘间隙对泵外特性的影响是仅次于动刀盘刀头数目,随着间隙的减小,磨碎泵的水力性能下降明显,但磨碎泵的无过载性能有所提升.经综合分析,GSP-22型磨碎泵动刀盘刀头数目为2和动静刀盘间隙为1.5 mm时最优,同时兼顾了磨碎泵的水力性能和磨碎效果,为磨碎泵的优化设计提供参考指导.
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北大核心 CSTPCD CSCD AJ CA EI CBST SA
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摘要:为研究在考虑流固耦合的基础上,核主泵在发生汽蚀时,汽蚀对叶片的变形及径向力的变化规律,应用数值模拟方法对核主泵在不同汽蚀工况下汽蚀对叶轮最大变形量和径向力进行数值模拟。结果表明:汽蚀发生区域中气体体积分数最大的地方对应于叶片进口的最大变形量处。在汽蚀初生工况时,叶轮最大变形主要受压力脉动的影响,在汽蚀发展工况时,汽蚀仅对叶轮最大变形的幅值产生影响,其波动幅值仍然由压力脉动占主导,汽蚀仅对径向力的位置及波动幅值产生影响。在汽蚀严重工况时,汽蚀是叶轮最大变形波动幅值的主要因素。在此汽蚀工况下,汽蚀不仅对径向力的位置及波动幅值产生影响,而且也对径向力的值也产生明显影响,故在后续设计中需要重点考虑汽蚀对径向力的影响。
摘要:在冷却液流失事故(LOCA)事故发生期间,核主泵将处于两相混合运行状态.主要对核主泵的正转全工况不同含气率冷却介质的泵水力性能、流道内部气体体积分布情况及流体流态进行研究,并采用计算流体力学(CFD)模拟计算与气液两相流试验进行验证.研究发现:在正转逆流制动工况,核主泵的扬程曲线随含气率增加整体向下偏移,但其变化规律基本相同.在正转水泵工况和正转正流制动工况,随着流量增加,含气率对核主泵扬程特性的影响逐渐减小,且同流量下核主泵的扭矩和冷却剂介质密度成较为明显的正比关系.
摘要:为研究不同设计参数对离心泵内部不对称空化现象的影响,以一台单级单吸离心泵为研究对象,保持泵体和叶轮其他参数不变,分别改变叶轮的叶片数、包角和冲角并建立相应模型,采用ANSYS-CFX软件对各模型进行计算并对结果进行分析.研究结果表明:在一定范围内,叶片数越多,越不利于各流道内的对称性流动,会造成不对称空化现象越来越严重;加大叶片包角可以使叶轮各流道内流动更均匀,缓解离心泵内的不对称空化现象;选择合理的冲角不仅可以提高泵的抗空化性能,同时也可以减轻离心泵内的不对称空化现象.
[成果] 1600100441 江苏
[TH3, X70] 应用技术 [泵、阀门、压缩机及类似机械的制造, 环境治理] 公布年份:2015
成果简介:该项目是国家自然基金委、科技部的重点支持项目,属于环保设备科学技术领域。重要性和意义:随着中国工业化水平的提高,对中小型雨污水泵及泵站内部流动特性进行深入研究,建立适用于中小型污水泵及泵站的优化设计方法,提高中小型雨污水泵及泵站的水力效率,提高系统可靠性和降低运行成本,有利于加快城市污水处理步伐,解决环境保护问题,对促进经济、社会与环境协调发展和实施可持续发展战略具有重要意义。立项背景:美国ITT、瑞士SUIZER、德国KSB、瑞士HIDROSTAL等跨国公司的中小型雨污水泵及泵站技术处于行业的世界领先水平,并掌控着大部分的国际市场份额,特别是技术含量高的雨污水泵及泵站市场被国外企业垄断。国内的现状是低水平重复多、泵及泵站的效率低、能耗高、可靠性差、堵塞现象严重、结构设计很难满足抽吸含长纤维的非均质液体,与国外先进水平相比有较大差距,缺乏具有国际竞争力的品牌和产品。因此,对中小型雨污水泵及泵站内部流动特性进行深入研究,建立适用于中小型雨污水泵及泵站的优化设计方法,对提高系统可靠性和降低运行成本具有重要意义。主要科技内容:在水力设计方法方面:建立了不等扬程水力设计方法;提出以能量损失最小为目标函数,以叶轮叶片出口宽度、叶片进口安放角和出口安放角为设计变量的优化计算方法(发明专利1项)。总结和借鉴了螺旋离心泵、诱导轮、固液两相流泵和轴流泵等水力设计资料,首次提出螺旋轴流泵的水力设计方法并研制出国内首台套螺旋轴流泵(发明专利4项)。在结构方面:研制出国内首台套强带流线型刀头磨碎装置的移动泵等产品(发明专利2项)。为了提高可靠性,确保移动泵及泵站在不同工作环境下都能安全可靠运行,对电缆的接线箱及出水方式进行了改进,研制出干式出线装置和高防护等级电缆接线箱(发明专利2项)。由于移动泵及泵站其运行环境特殊性,对其安装要求比较高,针对其特殊性,研制独有的安装方法(发明专利1项)。技术指标:该项目产品经机械工业排灌机械产品质量检测中心(镇江)检测,检索、验收及鉴定专家评审意见为:部分产品的效率超过国家标准5%-10%,其主要技术指标与国际先进水平相当,部分技术处于国际领先;无故障运行时间达到10000小时,运行可靠性居同类产品的国际领先水平,填补了该领域多项国内空白。完全可能替代进口产品,具有很强的国内外市场竞争力和推广前景。发表相关研究论文57篇;申请专利123项,获授权专利40项(其中发明专利8项),已公开的发明专利26项;培养硕士研究生12名,博士研究生2名,制定相关国家行业标准1项。经济效益和社会效益,及促进行业科技进步作用:该项目产品已在江苏国泉泵业制造有限公司、上海凯泉泵业(集团)有限公司、上海东方泵业(集团)有限公司、无锡市锡泵制造有限公司、上海康大泵业有限公司、江苏双达泵阀集团有限公司、滨州东瑞机械有限公司、江苏江进泵业制造有限公司等10余家泵厂成功完成成果转化,证明了其可靠性高、使用方便、成本降低、市场竞争力强,成果转化程度高,提高了清洁生产和零排放技术水平和能源利用效率,在节能降耗、节水减排发挥巨大作用,打破了外国公司在中小型雨污水泵及泵站高端市场中的垄断现状。该项目在2012年~2014年的三年年实施期内累计新增销售额13.35亿元,新增利润3.5亿元,新增税收1.4亿元,由此带来的间接经济效益近百亿元。该项目产品大大扩展了中小型雨污水泵及泵站应用领域和应用范围,填补了国内空白,使该领域全面向高效率、高可靠性、智能化发展,为全面实现中小型雨污水泵及泵站更新换代奠定了基础,其社会、经济效益不可估量,推动了国内中小型雨污水泵及泵站行业技术进步,也带动电动机制造、铸造行业、流体机械控制等相关行业的快速发展,对促进中小型雨污水泵及泵站技术领域技术进步、产业结构优化、构建和谐、节能、可持续和循环社会发展具有重大意义。
[成果] 1500140647 江苏
TH3 应用技术 泵、阀门、压缩机及类似机械的制造 公布年份:2014
成果简介:随着社会经济高速发展,雨污水泵站的应用领域越来越广。在市政、污水处理、环保、轻工、矿山、造纸、水利、化工等行业的许多工业流程、生活污水、工业废水等的排放中都需要输送含有纤维状悬浮物或固体颗粒悬浮物液体的泵站。随着中国构建资源节约型和环境友好型和谐社会的不断深入,对新一代高效节能产品的需求量也将不断上升,所以该项目研究成果将具有更加广阔的应用前景。针对现有雨污水泵站效率偏低、易堵塞及可靠性不高等问题,该项目在以下几个方面做改进:在理论方面:建立了雨污泵站不等扬程及多工况点水力设计水力设计方法,并完善了滑移系数的计算方法;提出以泵站的能量损失最小为目标函数,以叶轮叶片出口宽度、叶片进口安放角和出口安放角为设计变量的优化计算方法;总结和借鉴了螺旋离心泵、诱导轮、固液两相流泵和轴流泵等水力设计资料,建立了螺旋轴流泵的水力设计方法。在具体产品方面:研制出国内首台套新型移动泵站、斜拉式泵站研制、大型潜水排污泵站研制、移动型潜水电泵站研制、移动螺旋轴流泵站研制、自带切刀刃的螺旋离心泵站及带流线型刀头磨碎装置等雨污水泵站,填补了此类产品的国内空白。在过程控制方面:研制出具有独特专利技术的缓冲室中的空气外部加压保压技术、温度的检测、空气缓冲室、轴承腔体进水的检测及振动信号的检测装置,可有效保证雨污水泵站在运行过程中能。在辅助设备方面:研制出自由双侧翻拍门、弓型拍门、大型液压变速浮箱拍门、高防护等级的电缆接线箱及电缆干式出线装置等辅助设备。在安装方面:提出了一种大型移动型泵站的安装方法。该项目所研制的新产品具有节能环保、无堵塞性能好、使用寿命长、质量轻、结构合理、运行可靠、振动小、噪声低、便于安装与维修等优点,同时满足占地面积小、开泵即可加压送水的条件,可应用在电力、冶金、市政排水、污水处理、船坞升降水位、煤炭、建材、化工等行业。经机械工业排灌机械产品质量检测中心(镇江)检测,该项目所研制的产品各项性能参数均符合国家标准,部分产品的效率超过国家标准5%~10%,达到国内领先,国际先进水平。
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