發(fā)布時間：2020-05-12 00:53

【摘要】：目前我國已成為世界上能源消費總量最大的國家。而一次性能源實際利用率卻不到40%、石油儲量不到世界2%,因此,大力發(fā)展有利于社會和生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮�、海洋能以及生物質(zhì)能等新能源領(lǐng)域,逐步降一次性能源的消費比重,降低碳排放實現(xiàn)低碳發(fā)展,是我國能源消費結(jié)構(gòu)調(diào)整的重大舉措。泵作透平是被最早研究和開發(fā)的余壓能回收技術(shù),是通過離心泵反轉(zhuǎn)作透平將高壓液體作用于透平輪產(chǎn)生軸的輸出功率來驅(qū)動其它耗能機械的結(jié)構(gòu)形式,具有結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)成本低、維修方便等優(yōu)點,但是由于工況的復(fù)雜多變性對其安全穩(wěn)定運行的影響非常大,故需要在進行內(nèi)部流動分析的基礎(chǔ)上對其進行穩(wěn)定性研究。本文以雙吸自平衡多級離心泵作透平為研究對象,研究不同工況對其穩(wěn)定性的影響規(guī)律,為后續(xù)液力透平的研究及應(yīng)用提供參考。本文的研究內(nèi)容主要有:(1)針對余能回收系統(tǒng)的工藝流程對泵作透平性能特性的要求,在對國內(nèi)外現(xiàn)有泵作透平進行系統(tǒng)調(diào)研和分析的基礎(chǔ)上,通過借鑒現(xiàn)有多級泵的結(jié)構(gòu)形式,綜合考慮高壓下泵作透平高效高可靠運行,創(chuàng)新性提出了一種高壓自平衡型泵作透平設(shè)計方案并完成樣機的水力與結(jié)構(gòu)設(shè)計,基于三維軟件Creo、流場分析軟件CFX分別對其在泵工況與透平工況進行數(shù)值計算,搭建了試驗臺并對高壓自平衡型泵作透平在泵工況進行了外特性試驗,驗證了數(shù)值模擬方法的合理性,并對研究結(jié)果進行了分析,獲得了高壓自平衡型泵作透平在不同工況下的內(nèi)部流動特性。(2)通過對不同流量和含氣率下高壓自平衡型泵作透平進行非定常計算,系統(tǒng)分析了高壓自平衡型泵蝸殼、首級雙吸葉輪、徑向?qū)~和次級單吸葉輪的水動力特性,獲得了不同工況下高壓自平衡型泵壓力脈動和徑向力變化規(guī)律,揭示了影響透平工況穩(wěn)定性的內(nèi)在因素。(3)分析了均相流和非均相流在高壓自平衡型泵作透平工況下的適用性,采用非均相流模型對氣液兩相工況下高壓自平衡型泵進行數(shù)值計算,分別對高壓自平衡型泵在進口含氣率為5%、10%、15%和20%時的內(nèi)部流動進行分析,研究了流道內(nèi)的氣相體積分布、壓力分布和速度分布,獲得了不同進口含氣率對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)流體域的影響;分析了進口含氣率對透平工況壓力脈動和徑向力的影響,獲得了氣液兩相工況下的壓力脈動和徑向力變化規(guī)律,為研究氣液兩相工況下的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)穩(wěn)定性提供了分析基礎(chǔ)。(4)在對高壓自平衡型泵作透平的內(nèi)部流動分析的基礎(chǔ)上,對其轉(zhuǎn)子系統(tǒng)建立了流固耦合計算模型,采用ANSYS Workbench軟件對其在不同流量和含氣率的工況下進行單向流固耦合計算,對比分析了高壓自平衡型泵在不同流量和不同含氣率下的應(yīng)力和位移變形規(guī)律、轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在有無預(yù)應(yīng)力下的模態(tài)振型,獲得了高壓自平衡型泵作透平的動力學(xué)特性,對于研究高壓自平衡型泵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的穩(wěn)定性提供參考。(5)采用ANSYS Workbench軟件對高壓自平衡型泵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進行瞬態(tài)動力學(xué)計算,獲得了流量與含氣率對于振動位移和振動速度的影響,并通過計算獲得了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動烈度,揭示了流量和含氣率的變化對于高壓自平衡型泵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響規(guī)律。
【圖文】：

圖 2-1 流體運動控制面示意圖 圖 2-2 液力透平進出口速度三角形葉輪出口 2-2 和 2’-2’斷面間流體的動量矩： d u2 2（2-2）葉輪出口 1-1 和 1’-1’斷面間流體的動量矩： d u1 1（2-3）dt 時間內(nèi)的動量矩變化為： = d ( 2 2 1 1) （2-4）則一個流道的動量矩為： d ( u2 2 u1 1) = Zd （2-5）式中 vu1和 vu2分別為葉輪進口和出口的絕對速度的圓周分量；對于式（2-5）右端的外力矩 Mz，分析作用在液流（控制面內(nèi)）質(zhì)量上的 外

圖 2-1 流體運動控制面示意圖 圖 2-2 液力透平進出口速度三角形葉輪出口 2-2 和 2’-2’斷面間流體的動量矩： d u2 2（2-2）葉輪出口 1-1 和 1’-1’斷面間流體的動量矩： d u1 1（2-3）dt 時間內(nèi)的動量矩變化為： = d ( 2 2 1 1) （2-4）則一個流道的動量矩為： d ( u2 2 u1 1) = Zd （2-5）式中 vu1和 vu2分別為葉輪進口和出口的絕對速度的圓周分量；對于式（2-5）右端的外力矩 Mz，，分析作用在液流（控制面內(nèi)）質(zhì)量上的 外
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TH38

【參考文獻】

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本文編號：2659351