一種適用于多級(jí)離心泵光滑口環(huán)的動(dòng)力學(xué)性能確定方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種適用于高壓多級(jí)離心泵光滑口環(huán)的動(dòng)力學(xué)性能確定方法，所述動(dòng)力學(xué)性能確定方法基于短密封理論與有限長(zhǎng)理論，所述動(dòng)力學(xué)性能確定方法包括如下步驟：步驟一，利用長(zhǎng)度測(cè)量工具確定所求高壓多級(jí)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(dòng)量方程與軸向動(dòng)量方程所組成的控制方程組；步驟三，對(duì)上述控制方程組進(jìn)行無(wú)量綱簡(jiǎn)化并利用攝動(dòng)法求取原方程組關(guān)于攝動(dòng)量的一階與零階攝動(dòng)形式的差值方程組；步驟四，利用打靶法對(duì)簡(jiǎn)化后無(wú)量綱差值方程組進(jìn)行求解，并最終確定出高壓多級(jí)離心泵口環(huán)的動(dòng)特性系數(shù)的大小。本發(fā)明用于高壓多級(jí)離心泵口環(huán)動(dòng)力學(xué)性能的確定，適用范圍更廣，計(jì)算所得結(jié)果更精確。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種適用于多級(jí)離心泵光滑口環(huán)的動(dòng)力學(xué)性能確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及動(dòng)力學(xué)性能確定領(lǐng)域，本發(fā)明更具體地涉及一種適用于多級(jí)離心泵光滑口環(huán)的動(dòng)力學(xué)性能確定方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的高壓多級(jí)離心泵光滑口環(huán)的動(dòng)力學(xué)性能確定大多依靠傳統(tǒng)的短密封方法或利用計(jì)算流體力學(xué)軟件來(lái)進(jìn)行。短密封求解方法在求解過(guò)程中忽略了靠近兩側(cè)面的切向速度，對(duì)密封內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行了簡(jiǎn)化程度較大，在求解長(zhǎng)徑比大于0.25的口環(huán)密封時(shí)具有較大局限性；計(jì)算流體力學(xué)軟件分析方法對(duì)于工程計(jì)算人員的要求較高，需要建模、求解等多個(gè)步驟，且湍流模型的選取具有較強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)性，計(jì)算周期長(zhǎng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的在于提供一種高壓多級(jí)離心泵光滑口環(huán)的動(dòng)力學(xué)性能確定方法，所述方法包括如下步驟:步驟一，利用長(zhǎng)度測(cè)量工具確定所求高壓多級(jí)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(dòng)量方程與軸向動(dòng)量方程所組成的控制方程組；步驟三，對(duì)上述控制方程組進(jìn)行無(wú)量綱簡(jiǎn)化并利用攝動(dòng)法求取原方程組關(guān)于攝動(dòng)量的一階與零階攝動(dòng)形式的差值方程組；步驟四，利用打靶法并結(jié)合實(shí)際收斂準(zhǔn)則對(duì)簡(jiǎn)化后無(wú)量綱差值方程組進(jìn)行求解，并最終確定出高壓多級(jí)離心泵口環(huán)動(dòng)特性系數(shù)的大小
[0004]依據(jù)本發(fā)明的高壓多級(jí)離心泵光滑口環(huán)的動(dòng)力學(xué)性能確定方法可以準(zhǔn)確計(jì)算長(zhǎng)徑比小于0.5的高壓多級(jí)離心泵葉輪口環(huán)不同工況(不同工況指的是針對(duì)同一個(gè)泵的不同轉(zhuǎn)速及不同揚(yáng)程泵)下動(dòng)力學(xué)特性系數(shù)。且能夠較為準(zhǔn)確地求取光滑密封轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性系數(shù)，該方法適用范圍較廣，所需計(jì)算資源較小，工程應(yīng)用價(jià)值較大。
[0005]同時(shí)，依據(jù)本發(fā)明的高壓多級(jí)離心泵光滑口環(huán)的動(dòng)力學(xué)性能確定方法可以運(yùn)用于對(duì)輸送液體介質(zhì)的高壓多級(jí)離心泵運(yùn)行穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估，通過(guò)計(jì)算相關(guān)的動(dòng)態(tài)特性系數(shù)可以判斷在額定工況下此高壓多級(jí)離心泵的軸系與一階濕臨界轉(zhuǎn)速的關(guān)系，進(jìn)而判斷軸系是否在可控余量?jī)?nèi)穩(wěn)定安全運(yùn)行，可以提高壓多級(jí)離心泵的運(yùn)行安全與穩(wěn)定性。
[0006]而且，依據(jù)本發(fā)明的高壓多級(jí)離心泵光滑口環(huán)的動(dòng)力學(xué)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(guò)求解方法計(jì)算得到相應(yīng)的動(dòng)態(tài)特性系數(shù)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1為依據(jù)本發(fā)明的本發(fā)明高壓多級(jí)離心泵光滑口環(huán)的動(dòng)力學(xué)性能確定方法的流程框圖。
【具體實(shí)施方式】[0008]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明而不是對(duì)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(jí)離心泵光滑口環(huán)的動(dòng)力學(xué)性能確定方法的流程框圖。下面結(jié)合附圖1對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)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(dòng)力學(xué)特性系數(shù)的計(jì)算，本實(shí)例選取某光滑密封轉(zhuǎn)子在其額定工況下進(jìn)行計(jì)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(zhǎng)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(dòng)量方程:
【權(quán)利要求】
1.一種高壓多級(jí)離心泵光滑口環(huán)的動(dòng)力學(xué)性能確定方法，所述方法包括如下步驟: 步驟一，利用長(zhǎng)度測(cè)量工具確定所求高壓多級(jí)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(dòng)量方程與軸向動(dòng)量方程所組成的控制方程組； 步驟三，對(duì)上述控制方程組進(jìn)行無(wú)量綱簡(jiǎn)化并利用攝動(dòng)法求取原方程組關(guān)于攝動(dòng)量的一階與零階攝動(dòng)形式的差值方程組； 步驟四，利用打靶法并結(jié)合實(shí)際收斂準(zhǔn)則對(duì)簡(jiǎn)化后無(wú)量綱差值方程組進(jìn)行求解，并最終確定出高壓多級(jí)離心泵口環(huán)動(dòng)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(jí)離心泵光滑口環(huán)的動(dòng)力學(xué)性能確定方法，其特征在于所述方法適用于長(zhǎng)徑比小于等于0.5的高壓多級(jí)離心泵葉輪口環(huán)在任一工況下的動(dòng)特性確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓多級(jí)離心泵光滑口環(huán)的動(dòng)力學(xué)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(dòng)量方程及連續(xù)性方程組成的，具體形式為: 周向動(dòng)量方程:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓多級(jí)離心泵光滑口環(huán)的動(dòng)力學(xué)性能確定方法，其特征在于，所述步驟三中，無(wú)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(jí)離心泵光滑口環(huán)的動(dòng)力學(xué)性能確定方法，其特征在于，所述步驟三中，引入軸渦動(dòng)狀態(tài)下擾動(dòng)位移為攝動(dòng)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(dòng)量的零階與一階形式，進(jìn)而得到原無(wú)量綱方程組關(guān)于此攝動(dòng)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(jí)離心泵光滑口環(huán)的動(dòng)力學(xué)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(dá)式。求解過(guò)程中，采用牛頓初值改進(jìn)方法，首先對(duì)原差值方程組關(guān)于ζ整體求導(dǎo)，求取該導(dǎo)數(shù)方程組的數(shù)值解，導(dǎo)數(shù)方程組簡(jiǎn)化形式如下:
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓多級(jí)離心泵光滑口環(huán)的動(dòng)力學(xué)性能確定方法，其特征在于，所述步驟四中，所得高壓多級(jí)離心泵口環(huán)動(dòng)特性系數(shù)的計(jì)算表達(dá)式為:
【文檔編號(hào)】F04D15/00GK103629120SQ201310646988
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)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(lè)勤, 楊宇宸, 宋少光, 邵晨, 吳大轉(zhuǎn), 張一兵, 李玉龍 申請(qǐng)人:中國(guó)寰球工程公司, 浙江大學(xué)