一種適用于多級離心泵光滑口環(huán)的動力學性能確定方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種適用于高壓多級離心泵光滑口環(huán)的動力學性能確定方法，所述動力學性能確定方法基于短密封理論與有限長理論，所述動力學性能確定方法包括如下步驟：步驟一，利用長度測量工具確定所求高壓多級離心泵葉輪口環(huán)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，并確定離心泵的操作工況；步驟二，建立連續(xù)性方程、周向動量方程與軸向動量方程所組成的控制方程組；步驟三，對上述控制方程組進行無量綱簡化并利用攝動法求取原方程組關(guān)于攝動量的一階與零階攝動形式的差值方程組；步驟四，利用打靶法對簡化后無量綱差值方程組進行求解，并最終確定出高壓多級離心泵口環(huán)的動特性系數(shù)的大小。本發(fā)明用于高壓多級離心泵口環(huán)動力學性能的確定，適用范圍更廣，計算所得結(jié)果更精確。
【專利說明】一種適用于多級離心泵光滑口環(huán)的動力學性能確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及動力學性能確定領(lǐng)域，本發(fā)明更具體地涉及一種適用于多級離心泵光滑口環(huán)的動力學性能確定方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的高壓多級離心泵光滑口環(huán)的動力學性能確定大多依靠傳統(tǒng)的短密封方法或利用計算流體力學軟件來進行。短密封求解方法在求解過程中忽略了靠近兩側(cè)面的切向速度，對密封內(nèi)流體運動方程進行了簡化程度較大，在求解長徑比大于0.25的口環(huán)密封時具有較大局限性；計算流體力學軟件分析方法對于工程計算人員的要求較高，需要建模、求解等多個步驟，且湍流模型的選取具有較強的專業(yè)性，計算周期長。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的在于提供一種高壓多級離心泵光滑口環(huán)的動力學性能確定方法，所述方法包括如下步驟:步驟一，利用長度測量工具確定所求高壓多級離心泵葉輪口環(huán)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，并確定離心泵的操作工況；步驟二，建立連續(xù)性方程、周向動量方程與軸向動量方程所組成的控制方程組；步驟三，對上述控制方程組進行無量綱簡化并利用攝動法求取原方程組關(guān)于攝動量的一階與零階攝動形式的差值方程組；步驟四，利用打靶法并結(jié)合實際收斂準則對簡化后無量綱差值方程組進行求解，并最終確定出高壓多級離心泵口環(huán)動特性系數(shù)的大小
[0004]依據(jù)本發(fā)明的高壓多級離心泵光滑口環(huán)的動力學性能確定方法可以準確計算長徑比小于0.5的高壓多級離心泵葉輪口環(huán)不同工況(不同工況指的是針對同一個泵的不同轉(zhuǎn)速及不同揚程泵)下動力學特性系數(shù)。且能夠較為準確地求取光滑密封轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動態(tài)特性系數(shù)，該方法適用范圍較廣，所需計算資源較小，工程應用價值較大。
[0005]同時，依據(jù)本發(fā)明的高壓多級離心泵光滑口環(huán)的動力學性能確定方法可以運用于對輸送液體介質(zhì)的高壓多級離心泵運行穩(wěn)定性進行評估，通過計算相關(guān)的動態(tài)特性系數(shù)可以判斷在額定工況下此高壓多級離心泵的軸系與一階濕臨界轉(zhuǎn)速的關(guān)系，進而判斷軸系是否在可控余量內(nèi)穩(wěn)定安全運行，可以提高壓多級離心泵的運行安全與穩(wěn)定性。
[0006]而且，依據(jù)本發(fā)明的高壓多級離心泵光滑口環(huán)的動力學性能確定方法適用于光滑轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)的不同幾何尺寸及所有工況，根據(jù)不同的操作工況或結(jié)構(gòu)參數(shù)可以通過求解方法計算得到相應的動態(tài)特性系數(shù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1為依據(jù)本發(fā)明的本發(fā)明高壓多級離心泵光滑口環(huán)的動力學性能確定方法的流程框圖。
【具體實施方式】[0008]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明而不是對本發(fā)明的限制。
[0009]附圖1是依據(jù)本發(fā)明的本發(fā)明高壓多級離心泵光滑口環(huán)的動力學性能確定方法的流程框圖。下面結(jié)合附圖1對本發(fā)明做進一步說明。
[0010]本發(fā)明適用于不同幾何尺寸的光滑轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)在所有工況下的動力學特性系數(shù)的計算，本實例選取某光滑密封轉(zhuǎn)子在其額定工況下進行計算，轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù):
[0011]Cr=0.1905mm, R=0.0762m, L=0.0762mm
[0012]其中，Cr表示密封間隙，R表示密封處的轉(zhuǎn)子內(nèi)徑，L表示密封作用長度。
[0013]轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)的操作工況:w=3600r/min; Δρ=3.44MPa;
[0014]介質(zhì)屬性:μ=1.295Χ l(T3Ns/m2; P =1000kg/m3;
[0015]步驟二，建立控制體模型的控制方程組:
[0016]控制體周向動量方程:
【權(quán)利要求】
1.一種高壓多級離心泵光滑口環(huán)的動力學性能確定方法，所述方法包括如下步驟: 步驟一，利用長度測量工具確定所求高壓多級離心泵葉輪口環(huán)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，并確定離心泵的操作工況； 步驟二，建立連續(xù)性方程、周向動量方程與軸向動量方程所組成的控制方程組； 步驟三，對上述控制方程組進行無量綱簡化并利用攝動法求取原方程組關(guān)于攝動量的一階與零階攝動形式的差值方程組； 步驟四，利用打靶法并結(jié)合實際收斂準則對簡化后無量綱差值方程組進行求解，并最終確定出高壓多級離心泵口環(huán)動特性系數(shù)的大小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓多級離心泵光滑口環(huán)的動力學性能確定方法，其特征在于所述方法適用于長徑比小于等于0.5的高壓多級離心泵葉輪口環(huán)在任一工況下的動特性確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓多級離心泵光滑口環(huán)的動力學性能確定方法，其特征在于，所述步驟二中，控制體方程組是由控制體的軸向、周向動量方程及連續(xù)性方程組成的，具體形式為: 周向動量方程:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓多級離心泵光滑口環(huán)的動力學性能確定方法，其特征在于，所述步驟三中，無量綱處理后控制方程組為:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓多級離心泵光滑口環(huán)的動力學性能確定方法，其特征在于，所述步驟三中，引入軸渦動狀態(tài)下擾動位移為攝動量，并分別表示口環(huán)內(nèi)流體的周向、軸向速度、壓力及間隙值的關(guān)于此攝動量的零階與一階形式，進而得到原無量綱方程組關(guān)于此攝動量的一階與零階形式的差值方程組:
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓多級離心泵光滑口環(huán)的動力學性能確定方法，其特征在于，所述步驟四中，采用打靶法求取原差值控制方程組在其邊界收斂條件下的數(shù)值解并擬合完成其解析解表達式。求解過程中，采用牛頓初值改進方法，首先對原差值方程組關(guān)于ζ整體求導，求取該導數(shù)方程組的數(shù)值解，導數(shù)方程組簡化形式如下:
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓多級離心泵光滑口環(huán)的動力學性能確定方法，其特征在于，所述步驟四中，所得高壓多級離心泵口環(huán)動特性系數(shù)的計算表達式為:
【文檔編號】F04D15/00GK103629120SQ201310646988
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月4日
【發(fā)明者】邢桂坤, 翟璐璐, 姚德群, 王樂勤, 楊宇宸, 宋少光, 邵晨, 吳大轉(zhuǎn), 張一兵, 李玉龍 申請人:中國寰球工程公司, 浙江大學