基于响应面高维代理模型的双吸式离心泵优化设计

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作者 黄腾 江新喻 +3 位作者 黄秉方 胡一帆 刘志远 李琪飞 《流体机械》 北大核心 2025年第3期89-96,118,共9页

为了提高双吸式离心泵的运行效率,对某水厂原水泵的叶轮结构进行了优化设计。通过对叶轮的几何结构进行系统研究,以叶轮后盖板的进口安放角β_(1h)、前盖板的进口安放角β_(1s)、后盖板的出口安放角β_(2h)、前盖板的出口安放角β_(2s)... 为了提高双吸式离心泵的运行效率,对某水厂原水泵的叶轮结构进行了优化设计。通过对叶轮的几何结构进行系统研究,以叶轮后盖板的进口安放角β_(1h)、前盖板的进口安放角β_(1s)、后盖板的出口安放角β_(2h)、前盖板的出口安放角β_(2s)及叶片包角φ为主要优化参数。在变量的取值区间内对叶轮进行几何重构,并生成训练集,进而构建响应面高维代理模型。以此模型作为优化目标变量y,对叶轮进行了优化研究,并通过对比优化后双吸泵扬程、效率的数值模拟结果与试验结果,验证了模型的可靠性。结果表明,优化后的叶轮在设计工况下显著改善了流动分布,减少了不稳定流动,并有效降低了叶轮进口的湍动能,同时提升了叶轮出口的速度;在压水室出口一侧,泵的整体效率提升约3%;优化后的模型在流量为0.7Q_(d),0.8Q_(d),0.9Q_(d),Q_(d)的各工况下均实现了超过3%的效率提升,其中,在0.7Q_(d)和0.8Q_(d)工况下,扬程的涨幅最大,增长了约0.8 m;优化措施显著拓宽了双吸式离心泵的高效工作区,提高了其整体性能。研究结果不仅验证了优化方法的有效性,而且为双吸式离心泵叶轮设计提供了一种高效的优化途径。 展开更多

关键词 双吸式离心泵 响应面高维代理模型 优化设计

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双吸式离心泵叶片吸力面泥沙磨损破坏规律与形成机制研究 被引量：5

2

作者 张映波 赵子龙 钱忠东 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期202-207,共6页

离心泵叶片泥沙磨损是引黄泵站面临的工程难题,采用模型试验及数值模拟相结合的方法,分析了双吸式离心泵叶片出口的磨损破坏规律及其形成机制。采用多层涂层法、丝线法和内窥式成像技术对叶片的磨损特征和近壁面流态进行了分析,并结合... 离心泵叶片泥沙磨损是引黄泵站面临的工程难题,采用模型试验及数值模拟相结合的方法,分析了双吸式离心泵叶片出口的磨损破坏规律及其形成机制。采用多层涂层法、丝线法和内窥式成像技术对叶片的磨损特征和近壁面流态进行了分析,并结合数值模拟分析了叶轮流道内的旋涡结构及颗粒轨迹。研究发现:叶片吸力面出口存在左右近似对称的“三角形”磨损破坏区域,该区域存在明显的流动分离;叶轮内的叶道涡和出口回流涡是导致叶片吸力面出口磨损的主要原因。源于叶片压力面进口的叶道涡诱导泥沙颗粒向叶片吸力面出口聚集,造成吸力面出口的集中磨损;叶片吸力面出口附近存在的回流涡诱导颗粒进行轴向旋转运动,加剧叶片吸力面出口的磨损破坏。本研究为双吸式离心泵的抗磨损设计提供了理论支撑。 展开更多

关键词 双吸式离心泵 叶片吸力面 泥沙磨损 流场观测 数值模拟

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复合叶轮改善双吸式离心泵空化性能研究 被引量：11

3

作者 肖若富 王娜 +2 位作者 杨魏 姚志峰 王福军 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第9期35-39,共5页

针对双吸式离心泵在大流量工况下容易遭到汽蚀破坏,运行可靠性差的问题,采用长短叶片复合叶轮对双吸泵的空化性能进行改善研究。选用SST k-ω湍流模型及Rayleigh-Plesset空化模型,对常规叶轮和复合叶轮双吸泵进行了全流道三维定常数值计... 针对双吸式离心泵在大流量工况下容易遭到汽蚀破坏,运行可靠性差的问题,采用长短叶片复合叶轮对双吸泵的空化性能进行改善研究。选用SST k-ω湍流模型及Rayleigh-Plesset空化模型,对常规叶轮和复合叶轮双吸泵进行了全流道三维定常数值计算,并与试验结果进行了对比,对叶轮内部流场进行了分析。研究表明,长短叶片复合叶轮能够显著改善双吸泵的空化性能,降低必需空化余量,减小空化区的范围,改善叶片表面压力分布及叶轮内部流动状况,在大流量工况下改善效果更为明显。 展开更多

关键词 双吸式离心泵 复合叶轮 空化 计算流体动力学

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双吸式离心泵叶片头部形状对泥沙磨损的影响 被引量：13

4

作者 钱忠东 张凯 +1 位作者 王志远 薛军 《排灌机械工程学报》 EI 北大核心 2014年第2期103-107,共5页

为了提高离心泵的抗磨蚀能力,采用欧拉-拉格朗日多相流模型模拟了水泵内水沙两相流运动,并利用离散相冲击磨损模型,对4种不同叶片头部形状下的叶片泥沙磨损情况进行了分析.结果表明:叶片上发生严重磨损的区域主要分布在叶片的头部和尾部... 为了提高离心泵的抗磨蚀能力,采用欧拉-拉格朗日多相流模型模拟了水泵内水沙两相流运动,并利用离散相冲击磨损模型,对4种不同叶片头部形状下的叶片泥沙磨损情况进行了分析.结果表明:叶片上发生严重磨损的区域主要分布在叶片的头部和尾部,其中吸力面的平均磨损强度高于压力面;叶片磨损强度受相对流速分布和冲击角的影响,改变叶片的头部形式可改变叶片的泥沙磨损强度;缩短叶片头部外缘一侧的长度,可以使叶片头部的相对流速分布更均匀,改善叶片头部和尾部的集中磨损,但会降低水泵扬程;缩短叶片头部外缘一侧的长度,同时增大内缘一侧的相对液流角,可以有效改善叶片表面的泥沙磨损,并使水泵扬程略有提高. 展开更多

关键词 双吸式离心泵 叶片头部形状 泥沙磨损 数值模拟

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基于CFD技术的双吸式离心泵转轮副叶片优化 被引量：6

5

作者 钱忠东 郜元勇 +1 位作者 谢华 王志远 《排灌机械工程学报》 EI 北大核心 2012年第5期503-507,共5页

应用Fluent软件,基于RNG k-ε湍流模型和欧拉-拉格朗日多相流模型,对双吸式离心泵内的水流和泥沙颗粒运动进行了模拟,分析了不同长度、不同相对位置的副叶片对口环保护和水泵效率的影响.结果表明:选择的模型可准确地模拟双吸式离心泵内... 应用Fluent软件,基于RNG k-ε湍流模型和欧拉-拉格朗日多相流模型,对双吸式离心泵内的水流和泥沙颗粒运动进行了模拟,分析了不同长度、不同相对位置的副叶片对口环保护和水泵效率的影响.结果表明:选择的模型可准确地模拟双吸式离心泵内部流场和口环部位泥沙质量浓度,口环附近流速较低,对泥沙颗粒的挟带能力较弱,造成口环附近泥沙质量浓度远远高于水中平均泥沙质量浓度,导致了口环处快速磨损;缩短副叶片长度,能有效减小水泵装置效率的降幅,副叶片长度为1/4叶片长度时,靠近口环区域水流的相对速度的径向分量比较小,副叶片不能有效减小泥沙对口环的磨损;副叶片数由4减为3时,水流的挟沙能力得以保持,对口环的保护效果仍然明显,同时还能有效减小水泵装置效率的降幅;通过对比分析,方案7中的副叶片既能减小泥沙对口环的磨损,还能有效地减小由于副叶片的存在导致的圆盘摩擦损失,因此,选择方案7为最终优选方案. 展开更多

关键词 双吸式离心泵 副叶片 泥沙磨损 泥沙质量浓度 数值模拟

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叶轮形式对双吸式离心泵叶片泥沙磨损的影响分析 被引量：1

6

作者 王志远 张凯 +2 位作者 钱忠东 刘德祥 张建军 《节水灌溉》 北大核心 2013年第11期9-11,16,共4页

采用欧拉-拉格朗日多相流模型,对双吸式离心泵内的水流和泥沙颗粒运动进行了模拟,并采用离散相冲击磨损模型分析了3种不同叶轮形式对离心泵叶片泥沙磨损的影响,分析结果表明:双吸式离心泵叶轮叶片的压力面和吸力面均存在不同程度的磨损... 采用欧拉-拉格朗日多相流模型,对双吸式离心泵内的水流和泥沙颗粒运动进行了模拟,并采用离散相冲击磨损模型分析了3种不同叶轮形式对离心泵叶片泥沙磨损的影响,分析结果表明:双吸式离心泵叶轮叶片的压力面和吸力面均存在不同程度的磨损,磨损严重的位置主要集中在叶片的进口处和出口处,吸力面受较强磨损的范围明显大于压力面;相比于原型叶轮,隔板式叶轮叶片压力面进口磨损强度降低,压力面和吸力面整体较强磨损范围均减小;吸力面加厚式叶轮叶片压力面出口处集中磨损强度降低,压力面和吸力面整体较强磨损范围均明显减小。 展开更多

关键词 双吸式离心泵 叶轮形式 泥沙磨损 数值模拟

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双吸式离心泵叶频压力脉动及诱导振动实验研究 被引量：1

7

作者 王志远 温鸿浦 钱忠东 《中国农村水利水电》 北大核心 2018年第3期92-95,共4页

离心泵的压力脉动是影响水泵机组稳定运行的主要因素之一。采用实验方法,测试了双吸式离心泵在不同运行工况下的压力脉动信号和振动信号,并进行了FFT变换和频谱分析,结果表明,叶频压力脉动受流量的影响明显,在Q<0.28 Qn和Q>1.14 Q... 离心泵的压力脉动是影响水泵机组稳定运行的主要因素之一。采用实验方法,测试了双吸式离心泵在不同运行工况下的压力脉动信号和振动信号,并进行了FFT变换和频谱分析,结果表明,叶频压力脉动受流量的影响明显,在Q<0.28 Qn和Q>1.14 Qn时,叶频脉动均较大;叶频脉动可向上下游传播,向上传播至进水管,叶频脉动随流量增大的变化趋势基本不变,叶频幅值均减小,且减小幅度基本均匀;叶频脉动对水泵传动端轴承座的径向垂直和径向水平方向振动都有影响,且径向水平方向振动受叶频脉动影响的程度大于径向垂直方向振动。本文研究可以拓展实验技术思路,同时可以为双吸式离心泵的设计、运行提供依据,具有一定理论意义和工程价值。 展开更多

关键词 双吸式离心泵 压力脉动 叶频 振动

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双吸式离心泵转速测量与分析

8

作者 王志远 钱忠东 +1 位作者 刘德祥 吴圆 《中国农村水利水电》 北大核心 2013年第11期118-120,共3页

在离心泵的性能实验中,不同流量下水泵转速并不恒定,而是以一定的规律变化。采用模型试验方法,分别采用数字式手持转速表法和基于离心泵内动静干涉的方法测量了不同流量下试验泵的转速,并对测量结果进行了分析。分析表明,试验泵在流量Q=... 在离心泵的性能实验中,不同流量下水泵转速并不恒定,而是以一定的规律变化。采用模型试验方法,分别采用数字式手持转速表法和基于离心泵内动静干涉的方法测量了不同流量下试验泵的转速,并对测量结果进行了分析。分析表明,试验泵在流量Q=0时转速较高,随着流量增大到Q=0.87Qn时,转速呈降低趋势且变化较陡,之后转速基本稳定,当流量增大到Q=1.46Qn时,水泵转速再次升高。试验泵转速的变化与电动机输入功率的变化相对应,且两者呈相反趋势。在出水管上布置压力变送器可以间接测量水泵的转速,在0<Q<0.43Qn时,出水管压力脉动主频为转频,测量转速误差较大,在0.71Qn<Q<1.30Qn时,出水管压力脉动主频为叶频,测量转速较准确。 展开更多

关键词 双吸式离心泵 转速 压力脉动 频谱分析

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大型双吸式离心泵内流场空化特性数值模拟分析 被引量：8

9

作者 汪正阳 刘小兵 +1 位作者 田长安 唐正强 《水电能源科学》 北大核心 2020年第2期172-175,共4页

为探究大型双吸式离心泵的内流场空化特性,使用CFD技术的数值计算方法,在设计工况下,选用标准κ-ε湍流模型及基于Rayleigh-Plesset方程的输运空化模型,对某大型双吸式离心泵内流场空化特性进行数值模拟,经后处理得到离心泵在不同有效... 为探究大型双吸式离心泵的内流场空化特性,使用CFD技术的数值计算方法,在设计工况下,选用标准κ-ε湍流模型及基于Rayleigh-Plesset方程的输运空化模型,对某大型双吸式离心泵内流场空化特性进行数值模拟,经后处理得到离心泵在不同有效汽蚀余量时内部流动的压力分布、空泡体积分数分布情况,并结合试验结果进行对比分析。结果表明,利用CFD进行三维湍流数值模拟可有效反映出双吸式离心泵内流场的空化特性,数值模拟结果与试验结果较一致,为通过CFD数值模拟方法研究大型双吸式离心泵空化特性提供了参考。 展开更多

关键词 大型双吸式离心泵 内流场 数值模拟 空化性能

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双吸式离心泵振动实验 被引量：2

10

作者 王志远 钱忠东 《实验技术与管理》 CAS 北大核心 2018年第4期69-72,78,共5页

在水泵综合实验台上对双吸式离心泵进行了振动实验,并对实验结果进行了频谱分析,研究了不同运行工况下离心泵的振动特性。结果表明:在设计工况下,水泵轴承座轴向方向振动强度最大,主要受转子系统质量不平衡影响;径向垂直方向振动强度次... 在水泵综合实验台上对双吸式离心泵进行了振动实验,并对实验结果进行了频谱分析,研究了不同运行工况下离心泵的振动特性。结果表明:在设计工况下,水泵轴承座轴向方向振动强度最大,主要受转子系统质量不平衡影响;径向垂直方向振动强度次之,受转子系统质量不平衡和压力脉动的共同影响;径向水平方向振动强度最小,主要受压力脉动影响;偏离设计工况下,轴承座各方向振动强度增大。该实验可为水利类及动力类专业的本科实验教学提供参考。 展开更多

关键词 双吸式离心泵 振动测试 频谱分析 实验教学

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柔性物缠绕对双吸式离心泵压力脉动特性的影响 被引量：2

11

作者 李建宏 温鸿浦 王志远 《中国农村水利水电》 北大核心 2021年第11期136-140,148,共6页

在水泵综合实验台上对双吸式离心泵柔性物缠绕前后进行了压力脉动实验,测试了小流量、设计流量和大流量运行工况下水泵吸水室和压水室的压力脉动信号,并进行了分析。结果表明,单侧叶轮进口前柔性物缠绕后,吸水室未缠绕侧在大流量工况下... 在水泵综合实验台上对双吸式离心泵柔性物缠绕前后进行了压力脉动实验,测试了小流量、设计流量和大流量运行工况下水泵吸水室和压水室的压力脉动信号,并进行了分析。结果表明,单侧叶轮进口前柔性物缠绕后,吸水室未缠绕侧在大流量工况下压力脉动增大,小流量和设计流量下,靠近吸水室隔舌位置处压力脉动增大,远离隔舌位置压力脉动减小;柔性物缠绕后,在各个流量下压水室顶部压力脉动均增大,影响明显,在大流量下比未缠绕增大至200%。研究可为双吸式离心泵的故障诊断提供参考,具有一定的理论价值和工程实用意义。 展开更多

关键词 双吸式离心泵 柔性物 缠绕 压力脉动

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双吸式离心泵压力脉动实验研究 被引量：1

12

作者 王志远 李鹏辉 黄汉生 《中国农村水利水电》 北大核心 2018年第11期188-191,共4页

在水泵综合实验台上对双吸式离心泵进行了压力脉动实验,测试了不同流量下水泵吸水室和压水室的压力脉动信号,并进行了频谱分析。结果表明,吸水室压力脉动主频频率以转频为主,在小流量工况下吸水室上部主频为3倍的转频;压水室压力脉动主... 在水泵综合实验台上对双吸式离心泵进行了压力脉动实验,测试了不同流量下水泵吸水室和压水室的压力脉动信号,并进行了频谱分析。结果表明,吸水室压力脉动主频频率以转频为主,在小流量工况下吸水室上部主频为3倍的转频;压水室压力脉动主频频率以叶频为主,叶频幅值大小与压水室隔舌位置具有很强的相关性。研究可为农业灌溉泵站双吸式离心泵的设计、运行提供理论依据,同时可为大学水利类及能源动力类专业的本科实验教学提供参考和启示。 展开更多

关键词 双吸式离心泵 压力脉动 频谱分析 实验教学

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叶片出口角对双吸式离心泵泥沙磨损的影响

13

作者 薛军 张凯 王志远 《中国农村水利水电》 北大核心 2013年第7期104-107,共4页

采用欧拉-拉格朗日多相流模型,对双吸式离心泵内的水流和泥沙颗粒运动进行了模拟,并采用离散相冲击磨损模型分析了两种不同的叶片出口相对液流角对叶片泥沙磨损的影响。分析结果表明:叶片磨损严重的位置集中在叶片的进口处和出口处,吸... 采用欧拉-拉格朗日多相流模型,对双吸式离心泵内的水流和泥沙颗粒运动进行了模拟,并采用离散相冲击磨损模型分析了两种不同的叶片出口相对液流角对叶片泥沙磨损的影响。分析结果表明:叶片磨损严重的位置集中在叶片的进口处和出口处,吸力面的平均磨损强度高于压力面;叶片磨损强度受冲击角的影响,减小叶片的出口相对液流角能够改善叶片的泥沙磨损,但会引起水泵扬程略微降低。 展开更多

关键词 双吸式离心泵 叶片出口角 泥沙磨损 数值模拟

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双吸式离心泵空化判定的数值模拟研究

14

作者 林依水 郭志伟 《中国农村水利水电》 北大核心 2023年第4期238-243,共6页

采用两相流模型,对不同流量工况下双吸式离心泵内空化进行数值模拟计算,研究双吸式离心泵内空化发展过程及性能演变。结果表明:随空化发展,双吸式离心泵扬程及效率显著下降,叶轮内空化最先发生在叶片吸力面进口靠近轮毂处,向盖板和叶片... 采用两相流模型,对不同流量工况下双吸式离心泵内空化进行数值模拟计算,研究双吸式离心泵内空化发展过程及性能演变。结果表明:随空化发展,双吸式离心泵扬程及效率显著下降,叶轮内空化最先发生在叶片吸力面进口靠近轮毂处,向盖板和叶片出口扩散。临界空化判定上,效率下降1%比扬程下降3%更合理;空化初生判定上,效率下降0.1%可以作为相应的判断依据。 展开更多

关键词 双吸式离心泵 空化特性 临界空化 初生空化

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1200S32型双吸式离心泵叶轮键磨损原因分析及解决对策

15

作者 张世新 《农业科技与信息》 2019年第5期109-110,共2页

1200S32型双吸式离心泵发生叶轮键磨损时,会造成叶轮轮毂与轴套配合端面磨损,形成间隙导致叶轮轴向定位失效。本文通过对1200S32型双吸式离心泵叶轮键磨损原因的分析,提出了相应的解决对策,以供参考。

关键词 双吸式离心泵 叶轮键 磨损 原因

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径向剖分双吸式工业液力透平的内部流动损失特性分析 被引量：1

16

作者 赵薇 林通 +2 位作者 温小明 陈磊 朱祖超 《机电工程》 CAS 北大核心 2024年第9期1666-1676,共11页

针对双吸式离心泵反转作液力透平运行区间狭窄、效率低等问题,对实际工程应用中的一台径向剖分双吸式离心泵反转作工业液力透平的内部流动损失特性进行了研究。首先,采用了数值模拟方法预测了液力透平在泵和透平典型工况下的水力性能,... 针对双吸式离心泵反转作液力透平运行区间狭窄、效率低等问题,对实际工程应用中的一台径向剖分双吸式离心泵反转作工业液力透平的内部流动损失特性进行了研究。首先,采用了数值模拟方法预测了液力透平在泵和透平典型工况下的水力性能,对比了透平在泵工况下的实验结果,验证了数值模拟的准确性和可靠性;然后,结合熵产理论,定量分析了透平工况下各过流部件对于总能量损失的权重以及熵产成分比重的分布情况;最后,结合局部流动特征进一步揭示了主要过流部件内流动损失的发生位置和产生原因。研究结果表明:壁面熵产是导致径向剖分双吸式工业液力透平内部流动损失的主要原因,在0.8Q_(b)、Q_(b)、1.2Q_(b)工况下,壁面熵产分别占总熵产的55.3%、69%、67.4%;导出室是透平内熵产占比最大的水力部件,局部回流、流动冲击等不良流动特征是导致湍流熵产增加的主要原因。该研究结果对离心泵反转作工业液力透平的优化设计、运行调控和推广应用有一定的借鉴意义。 展开更多

关键词 双吸式离心泵 液力透平 能量损失 内部流动 数值模拟 熵产理论

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HD型石油化工流程泵叶轮内部流场数值计算 被引量：1

17

作者 刘宜 张佳卉 《流体机械》 CSCD 北大核心 2005年第7期20-23,共4页

采用k-ε紊流模型以及由Patankar和Spalding提出的SIMPLE算法,对双吸式HD型石油化工流程泵首级叶轮内部流场进行数值模拟,给出了其压力和速度的分布规律,揭示了其内部流动的主要特征,为双吸式离心泵叶轮设计提供了重要理论依据,同时填补... 采用k-ε紊流模型以及由Patankar和Spalding提出的SIMPLE算法,对双吸式HD型石油化工流程泵首级叶轮内部流场进行数值模拟,给出了其压力和速度的分布规律,揭示了其内部流动的主要特征,为双吸式离心泵叶轮设计提供了重要理论依据,同时填补了CFD流场计算中尚无双吸式离心泵叶轮整体模拟的空白。 展开更多

关键词 双吸式离心泵 叶轮 压力 速度 数值计算

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一种高转速重载荷石油化工流程泵的设计 被引量：2

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作者 许金鹏 曲鹏 +1 位作者 马小虎 李贵东 《化工设备与管道》 CAS 2015年第4期59-62,66,共5页

目前,国内设计制造的大型石油化工流程泵一般为低转速的双吸泵,无法满足市场的需求。针对这一现状,大耐泵业有限公司研制出符合API 610标准的高转速、重载荷的双吸石化流程泵,该类泵设计难度较大,对制造和装配工艺要求较高。样机经过型... 目前,国内设计制造的大型石油化工流程泵一般为低转速的双吸泵,无法满足市场的需求。针对这一现状,大耐泵业有限公司研制出符合API 610标准的高转速、重载荷的双吸石化流程泵,该类泵设计难度较大,对制造和装配工艺要求较高。样机经过型式试验和用户现场使用证明,不仅各项关键参数达到国际领先水平,而且运转平稳、关键零部件使用寿命长。 展开更多

关键词 双吸式离心泵 高转速 重载荷 数值模拟

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