[01612086]离心泵空化空蚀特性与防护技术及应用

本项目属 “动力机械及流体动力工程”领域。 随着科学技术的发展,离心泵的应用领域不断扩大,已广泛应用于航空航天、核电站、城市供水和石油化工等国民经济的各个领域。然而空化问题一直是离心泵领域的重大难题之一,空化的发生会引起离心泵性能下降、过流部件破坏、振动和噪声等一系列问题,严重影响了离心泵的安全稳定和可靠运行。项目组依托江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心、西安航天动力研究所、黄河水利委员会黄河水利科学研究院和江苏振华泵业股份有限公司等4家单位,在国家科技支撑计划和国家自然科学基金等10余项课题的资助下,产学研联合对泵空化空蚀特性和防护技术进行了系统而深入的研究,攻克了高空化性能离心泵设计和空蚀防护的关键科学问题,研发了高空化性能离心泵产品,已成功用于我国新一代运载火箭长征五号、长征六号和长征七号的首飞及多款新型舰船上,提出了基于激光强化和表面非金属涂层的离心泵空蚀防护技术,研究成果已应用于固海扬黄灌排泵站,并推广应用到万家寨水电站水轮机组、三门峡泄水建筑物、小浪底水工闸门及象鼻岭水电站固定导叶的空蚀防护中。主要科技内容和创新点有： （1）建立了离心泵空化空蚀特性的实验测试技术。搭建了离心泵空化形态及其诱导振动噪声实验测试装置,揭示了离心泵内部空化流非定常脱落和溃灭机理,获得了空化形态与振动噪声等不稳定特性之间的关系。提出了一种实验测试-数值计算-图像处理相结合的离心泵空蚀预测方法。该方法对高速相机采集的连续图像进行图形变换,消除了图像的时序性以保证各流道固定不变。 （2）发展了兼顾旋转、叶片大曲率及空化流场可压缩性的湍流模型和空化模型,提高了空化流数值计算的准确性。建立了一种基于批处理（Batch）和ANSYS-CFX的空化数值模拟自动运行方法,解决了离心泵空化数值模拟过程中需人为不断调整边界条件的问题,保证了数值模拟过程的无缝衔接,大大缩短了计算周期。 （3）建立了高空化性能离心泵水力设计技术。提出了一种在离心泵入口与叶轮入口之间增加回流套的设计方法来提高离心泵空化性能的吸入口;建立了一种高空化性能诱导轮设计方法,使诱导轮在轮缘外径、入口轮毂比及最佳进口流量系数条件下,取得较高空化比转数,可以保证诱导轮具有良好的空化性能,且与泵叶轮之间具有良好的能量匹配关系,提高了诱导轮的性能,增强了离心泵的空化性能。 （4）研发出了聚氨酯复合树脂砂浆涂层防护技术和改性聚氨酯弹性体涂层防护技术,发明了应用激光诱导产生空化泡来强化延寿的方法,提出了一种激光诱导空化泡表面改性的方法和装置。有效提高叶轮表面的微动疲劳抗力,提高了泵的抗空蚀性能。