当前应急泵的研制与应用方兴未艾,应急泵及基于应急泵研发的装备系列在国家应急管理体系里起着核心关键作用。密封系统设计是应急泵设计的关键与重要组成,故文章从密封系统设计组成单元——密封元件设计选型及对应结构设计着手分析,并探讨水力性能设计、整机机构设计与密封系统设计的关系,从设计、加工、总装、使用维保等几个环节阐述密封系统相关保障措施。

为了探究叶片曲率半径变化对离心泵叶轮内部流动特性以及对叶轮水力性能的影响,采用基于RNG k-ε湍流模型对某型号离心泵进行定常数值计算。在原模型的基础上,将叶片出口角在17°~23°区间内进行变化以改变叶片中后部的曲率半径大小,并在分析叶轮内速度场和压力场变化的基础上探讨叶轮水力性能发生变化的原因。结果表明:减小叶片出口角,能够有效地减小叶片中后部的曲率半径,但对叶轮扬程减小的幅度有限,最低扬程仅比原模型计算值减小了0.43%;而叶

对1000 MW轴流式核主泵5个不同温度下相同流量点工况进行数值模拟计算,并与试验值进行对比,计算结果与试验结果吻合较好,验证了CFD数值计算的准确性和精度。在核主泵试验过程中,发现核主泵扬程随着温度升高逐渐升高,研究了泵的外特性扬程变化,并分析了泵内部流动和各部分能量损失变化情况,表明泵扬程变化主要是由于水力损耗变化导致的。

为分析射流式自吸离心泵的半开式叶轮与导流器前盖之间的间隙大小对其性能的影响，采用数值模拟的方法得到了4种不同间隙下射流式自吸离心泵水力性能、径向力变化规律、自吸过程泵内部气液两相分布及流动情况，结果表明：间隙大小对射流式自吸离心泵水力性能影响明显，随着间隙增大，泵扬程和效率呈明显下降趋势，额定工况点间隙为0．5时的扬程和效率相对于间隙2ram时的扬程和效率分别下降14．43％、7．07％；叶轮与导流器上径向力也随间隙增大而减小；叶轮含气率、导流器两个不对称出口及泵体出口的气相质量流率随间隙增大而降低．兼顾考虑水力性能、白吸性能及加工装配工艺，最终确定叶轮与导流器前盖的间隙为0．5mm．样机试验结果表明：在额定工况点扬程34．21m，效率55．29％，当自吸高度为5m时，自吸时间45s，达到设计要求。

针对一种国内生产的双吸泵，利用CFD软件对其内部流场进行数值模拟，依据一元理论对叶轮的水力设计进行检查。在不改变原叶轮设计的基础上分别将叶片进口边三次后移构造出三种叶型A1、A2、A3。数值计算结果表明：在任意工况下叶轮A2的效率比A1、A3的效率都高，且在最优工况下叶轮A2的最高效率比原叶轮的效率高5．8％，高效区也明显变宽。研究表明，在推荐值1—1．3以外时，叶片间有效进出口面积的比值并非越小，泵的性能越好；叶片进口边的位置对泵的性能有很大的影响，适当改变进口边位置可以有效地改善叶轮进口的流动状态。

基于三维不可压缩流体N-S方程和RNGκ-ε湍流模型,对混流式核主泵叶轮水力模型的能量性能进行了数值预测,研究了不同叶片厚度及其分布规律对混流叶轮模型水力性能的影响。通过分析叶轮叶片压力面、吸力面的静压分布,获得叶片表面的载荷分布及其变化规律。结果表明：随着叶轮叶片厚度减薄,最高效率值有所增大且高效点向大流量工况偏移;当叶片最厚处位置在靠近进口边约1/3处时,叶轮水力效率值最大;随着叶片最厚位置由进口向出口移动时,最高效率点向大流量工况偏移。

为研究蜗壳喉部面积对离心泵非定常特性的影响,针对同一离心泵叶轮,设计匹配4种不同喉部面积的蜗壳,并采用数值计算方法对泵内流非定常流动进行计算。结合面积比原理,分析了喉部面积对泵性能、径向力以及压力脉动的影响规律。结果表明：喉部面积对离心泵水力性能影响显著,设计工况下,随着喉部面积的减小,扬程和效率逐渐降低;受喉部面积影响,不同工况叶轮所受径向力大小不同且具有极小值,但极小值所对应的工况点有所不同;合理的喉部面积能有效降低泵内的压力脉动水平,随着喉部面积减小,泵内压力脉动水平增加,而当增加喉部面积时,压力脉动水平降低。通过分析蜗壳不同喉部面积对离心泵性能的影响,可为低噪声离心泵面积比设计提供参考。

为了阐明不同末级密封间隙值变化对自平衡多级离心泵性能及其流动特性的影响,以某型号的自平衡多级离心泵为研究对象,基于泵的几何参数,建立4组不同末级密封间隙值的匹配方案,通过CFD软件对不同方案进行全流场数值模拟,并与试验结果进行对比分析。研究结果表明：随着末级密封间隙值的增加,不同工况下整泵的扬程和效率逐渐减小,泵高效点向小流量点偏移;同时在设计工况下,低压区从首级泵腔向次级泵腔移动,次级泵腔的压力梯度明显,而首级泵腔的压力梯度减弱,导致泵的首级轴向力不断增大,次级轴向力先减小后增大,总轴向力大小增加,方向指向首级叶轮进口。

为了研究离心泵吸水室内置隔板对低比速离心泵内部非定常特性的影响。采用数值模拟与试验研究相结合的方法,基于标准k-ε湍流模型和滑移网格模型,分别对吸水室有无内置隔板的低比转速离心泵进行三维全流场非定常数值计算,得到了不同工况下低比转速离心泵的外特性,并对叶轮径向力和轴向力的瞬态特性以及蜗壳流道内不同位置的压力脉动特性进行了分析。结果表明,采用吸水室内置隔板对外特性的影响不显著;无论吸水室有无内置隔板,低比转速离心泵蜗壳各断面压力和叶轮径向力均呈周期性波动,脉动频率为叶频。此外,径向力大小和方向时刻都在变化,且整体变化趋势基本呈六角星形分布;与无内置隔板相比,吸水室有内置隔板时蜗壳各断面压力脉动幅值均有所减弱,作用在叶轮上的径向力幅值减小,轴向力明显减小。研究结果可为低比转速离心泵的...

为了研究环形压水室结构对于核主泵水力性能的影响,在保证其他过流部件几何参数不变的前提条件下,以某型核主泵模型为研究对象,设计3种不同截面面积环形压水室的核主泵模型,并基于RNGk-ε湍流模型和滑移网格模型,对以上3种缩比模型内部流动进行全三维数值模拟,通过试验证实了数值计算数据与试验数据的吻合性与该数值模拟方法的可靠性。结果表明:在设计工况下运行,压水室截面面积变化对核主泵性能影响不大;偏离设计工况,适当增大压水室截面面积能够提高核主泵的扬程、效率和静压能占比,并改善压水室内部流动特征;而偏小的压水室截面面积会使其内部流动损失增大。在实际泵产品的设计和研究过程中,结构尺寸允许的条件下适当增大压水室截面面积有利于提高核主泵的整体性能。