發(fā)布時間：2020-03-20 13:38

【摘要】：離心泵反轉作透平因具有成本低,運行維護成本少,占地空間小等經(jīng)濟技術優(yōu)勢,在化工、石油等工業(yè)余能回收系統(tǒng),及微型(小于100 kW)水能開發(fā)中得到廣泛地應用。目前離心泵反轉作透平大多采用直接選用原型泵反轉的型式,受空間尺寸的限制,單級單吸離心泵通常沒有可調(diào)節(jié)的活動導葉,泵作透平時液體直接從蝸殼出口流向葉輪進口;由于泵葉輪設計時僅考慮泵運行工況并未考慮透平運行工況,葉片進、出口安放角及葉型不能較好地匹配透平運行工況,普遍存在透平運行效率不高且高效區(qū)較窄的問題;且泵反轉運行性能通常未知,造成透平運行的參數(shù)難以預測,導致透平選型不準。因此,開展性能可預測的泵作透平專用葉輪的研究對提高現(xiàn)有壓力能利用率,解決小功率液體壓力能開發(fā)利用的關鍵技術問題具有重要的意義。本文綜合采用理論分析、數(shù)值模擬和試驗研究相結合的方法圍繞離心泵作透平專用葉輪的設計方法開展研究。本文的主要工作和創(chuàng)造性成果有:(1)總結了國內(nèi)外泵作透平選型、性能提高與運行穩(wěn)定性的研究現(xiàn)狀和研究進展,歸納了泵正反轉性能參數(shù)的換算關系等。(2)研究了數(shù)值計算中徑向間隙分布、網(wǎng)格數(shù)、湍流模型等關鍵因素對泵作透平外特性的影響規(guī)律;搭建了透平試驗臺,對泵作透平開展試驗;對比數(shù)值計算與試驗結果驗證了泵作透平數(shù)值計算方法。(3)首次提出了采用透平專用葉輪設計方法以改善泵作透平的效率。給出了非原型斷面按照面積相等原則,計算蝸殼螺旋進口斷面當量圓半徑的方法;首次推導了蝸殼幾何參數(shù)與葉輪進口速度矩的關系表達式。對原型泵葉輪與透平專用葉輪進行同臺試驗,對比試驗結果證實了透平專用葉輪能夠顯著提高泵作透平的運行效率,且高效區(qū)寬。(4)理論分析了葉片進口安放角、葉片進口寬度、葉輪進口直徑對透平高效點流量的影響規(guī)律,并通過數(shù)值計算,證實了導出的葉片幾何參數(shù)與設計計算流量關系表達式的正確性。通過數(shù)值計算系統(tǒng)地研究了葉片進口安放角、出口安放角、葉片進、出口安放角變化規(guī)律、葉輪進口直徑、葉片進口寬度以及葉片數(shù)等關鍵因素對液力透平性能的影響,給出了透平專用葉輪幾何參數(shù)的確定方法,為專用葉輪的設計提供了參考。(5)將論文提出的透平專用葉輪設計方法運用于中、高比轉速離心泵作透平,開發(fā)了對應比轉速的透平專用葉輪,分析了不同比轉速透平專用葉輪葉片進口安放角的最佳取值范圍,并進行樣機性能試驗。結果表明:專用葉輪分別將比轉速為66、132和193的液力透平最高效率提高7.93%、8.07%和5.45%,專用葉輪提升液力透平效果顯著。(6)總結了不同比轉速、不同進口安放角時的透平高效點理論設計流量與數(shù)值計算結果,對比得到兩者的相對偏差在5%范圍內(nèi);表明推導的葉片進口安放角與設計流量之間的關系表達式能夠實現(xiàn)對透平專用葉輪高效點流量的有效預測。創(chuàng)造性地提出了透平實際水頭的理論預測方法。(7)試驗研究了不同比轉速液力透平專用葉輪在變轉速下的外特性變化規(guī)律,結果表明不同轉速下試驗得到的性能參數(shù)與采用比例定律計算值有一定的差異,運行偏離額定轉速越遠,兩者偏差越大;數(shù)值模擬計算值與采用比例定律計算值吻合較好,但CFD不能完全客觀反映變速對效率的影響。分析了變速對專用葉輪各分效率的影響規(guī)律:降速對容積效率呈負影響,一定范圍內(nèi)升速對機械效率呈非線性正向影響的規(guī)律。闡明了透平偏離額定工況越遠,效率下降越明顯的運行規(guī)律,定性地提出了透平變工況運行時的經(jīng)濟運行方案,為透平變工況運行提供了有益的參考。
【圖文】：

義發(fā)展，成為全球關注的要點之一。在石有高壓能量的液體直接通過減壓閥等裝透平能夠利用液體壓能帶動其他工作機的回收利用[6-11]。離心泵反轉作透平（計成熟、成本低、安裝維護方便等優(yōu)點于具備一定水力條件的偏遠地區(qū)，采取減少運行維護成本[20-26]。離心泵作透平如圖 1-1 所示，離心泵葉輪是具有高反用，，壓能轉化為機械能，驅動其它耗能

泵作透平試驗臺簡圖
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TH311

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 代翠;孔繁余;董亮;馮子政;柏宇星;;泵作透平尾水管壓力脈動特性分析與試驗[J];中南大學學報(自然科學版);2015年08期

2 苗森春;楊軍虎;王曉暉;李吉成;李泰龍;;基于神經(jīng)網(wǎng)絡-遺傳算法的液力透平葉片型線優(yōu)化[J];航空動力學報;2015年08期

3 代翠;孔繁余;董亮;汪家瓊;柏宇星;;基于響應面法的離心泵作透平水力和聲學性能優(yōu)化[J];農(nóng)業(yè)工程學報;2015年15期

4 王桃;孔繁余;楊孫圣;陳凱;許榮軍;;葉片安放角變化規(guī)律對液力透平性能的影響[J];農(nóng)業(yè)機械學報;2015年10期

5 史廣泰;楊軍虎;苗森春;;離心泵作液力透平葉輪出口滑移系數(shù)的解析計算方法及驗證[J];農(nóng)業(yè)工程學報;2015年11期

6 孔繁余;陳凱;楊孫圣;汪家瓊;袁昕;;泵作透平性能試驗臺設計開發(fā)[J];排灌機械工程學報;2015年05期

7 史廣泰;楊軍虎;苗森春;李泰龍;;不同導葉數(shù)下液力透平蝸殼內(nèi)壓力脈動計算[J];航空動力學報;2015年05期

8 王桃;孔繁余;袁壽其;楊孫圣;陳凱;;前彎葉片液力透平專用葉輪設計與實驗[J];農(nóng)業(yè)機械學報;2014年12期

9 代翠;董亮;孔繁余;馮子政;柏宇星;;泵作透平振動噪聲機理分析與試驗[J];農(nóng)業(yè)工程學報;2014年15期

10 代翠;孔繁余;馮子政;柏宇星;;泵作透平流動誘導噪聲實驗及數(shù)值研究[J];華中科技大學學報(自然科學版);2014年07期

相關博士學位論文 前2條

1 代翠;離心泵作透平流體誘發(fā)噪聲特性理論數(shù)值與試驗研究[D];江蘇大學;2014年

2 楊孫圣;離心泵作透平的理論分析數(shù)值計算與實驗研究[D];江蘇大學;2012年

本文編號：2591854