获得离心泵蜗壳的高效低噪叶轮方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利(10)授权公告号(10)授权公告号CNCN103047173103047173B(45)授权公告日2015.02.18(21)申请号201110308957.9(22)申请日2011.10.12(73)专利权人中国石油化工股份有限公司地址210048江苏省南京市六合区大厂新华路777号专利权人中国石化扬子石油化工有限公司(72)发明人朱瑞松邵春雷戴玉林顾伯勤范根芳王洪静周剑锋李学勇黄星路陈晔(74)专利代理机构南京天翼专利代理有限责任公司32112代理人陈建和(51)Int.Cl.F04D29/22(2006.01)审查员李萌权权利要求书3页利要求书3页说明书9页说明书9页附图4页附图4页(54)发明名称获得离心泵蜗壳的高效低噪叶轮方法(57)摘要获得离心泵蜗壳的高效低噪叶轮方法，先通过传统方法得到离心泵叶轮的主要结构尺寸：叶轮进口直径、叶轮外径、叶片数、叶片厚度、叶片进口安放角，出口安放角，叶片包角和叶片长度；步骤如下：1）先对上述结构尺寸的叶轮得到离心泵定常性能测量：2）离心泵非定常性能预测：3）离心泵内部流场分析及结构改进；4）改进后离心泵的性能评价，测试改进后离心泵的H-Q、N-Q和h-Q性能曲线、pso和psb变化曲线；5）根据分析提出新的改进方案，再进行离心泵的性能评价，直到得到理想性能的离心泵。CN103047173BCN10347BCN103047173B权利要求书1/3页1.获得离心泵蜗壳的高效低噪叶轮方法，其特征是先通过传统方法得到离心泵叶轮的主要结构尺寸：叶轮进口直径、叶轮外径、叶片数、叶片厚度、叶片进口安放角，出口安放角，叶片包角和叶片长度；1)先对上述结构尺寸的叶轮得到离心泵定常性能测量：利用MRF模型对设计转速下10-25个不同流量工况的离心泵整机流场进行数值模拟，并按照定常性能预测方法预测离心泵的定常性能；得到H-Q、N-Q和η-Q性能曲线，分别对应流量与离心泵扬程、流量与离心泵的水力轴功率、离心泵的水力效率与流量的性能曲线；由H-Q性能曲线可见，设计流量下离心泵的扬程，判断是否达到设计要求，H-Q性能曲线是否平坦下降，没有出现驼峰，设计流量下离心泵的水力轴功率是多少，功率曲线是否较平坦而不易产生过载现象；由η-Q性能曲线可见，设计流量下离心泵的水力效率是否为70％以上，且判断高效流量区域；如果按传统设计方法设计的叶轮的定常性能不能满足要求，则分析流场并改进结构，再重复第1)步，直到叶轮的定常性能满足要求；如叶轮的定常性能满足要求，再进行第2)步；2)离心泵非定常性能预测：利用SM模型对上述离心泵整机流场进行数值模拟，取时间迭代步长Δt＝0.0001s，叶轮旋转一圈的迭代步数i为414；模型在迭代500-3000步后，压力变化满足周期性要求，计算收敛；按照非定常性能预测方法预测离心泵的非定常性能，得到离心泵出口静压pso和叶片进口静压psb的变化曲线；得到如下结果：当叶片－蜗舌夹角为0°时，出口静压达到最大；叶片－蜗舌夹角从0°到13°时，出口静压迅速下降，当夹角为13°时，出口静压达到最小；从13°到42°时，出口静压迅速上升；从42°到54°时，出口静压上升缓慢；从54°到60°时，出口静压又呈现迅速上升趋势；如果在一个周期内，出口静压波动很大，表明叶片－蜗舌动静干涉作用对出口静压的影响较大；这种压力的非均匀大幅度波动容易引起泵的振动和噪声，不利于泵的稳定运行；如果叶片进口静压的波动周期与泵出口静压波动周期相同；进口静压波动的最大负波峰仍高于饱和蒸汽压，故不会发生汽蚀；若最大负波峰低于饱和蒸汽压，则可改进叶片进口处的结构，以提高进口压力或减小进口静压波动幅度；3)离心泵内部流场分析及结构改进通过比较叶片－蜗舌夹角为0°、13°、42°和54°时叶轮中截面上的相对速度矢量分布，和叶片－蜗舌夹角为0°、13°、42°和54°时中截面上的静压分布；获得如下结果：在叶片进口处是否存在头部冲击，说明离心泵叶片进口安放角不合理，这是导致叶片进口压力波动的原因之一；如果在叶轮流道内旋涡占据较大范围，蜗舌附近叶轮流道内水流紊乱，且随着叶片－蜗舌相对位置的不同变化强烈，说明叶片出口安放角和叶片弯曲规律不甚合理，这是导致流动不稳定，造成压力波动以及泵效率降低；随着叶片－蜗舌相对位置的变化，叶片进口压力波动明显，这也说明了离心泵叶片进口安放角不合理；当叶片远离蜗舌时，压力分布比较均匀，当叶片靠近蜗舌时，不论周向还是径向压力分布都不均匀，这进一步说明了叶片出口安放角和叶片弯曲规律不合理，这是导致出口压力波动幅度较大且不均匀的主要原因；2CN103047173B权利要求书2/3页根据分析提出如下改进方案：3-1)适当增大叶片进口安放角，使之适应来流条件，减小叶片头部