一種多級(jí)離心泵濕轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的確定方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種多級(jí)離心泵濕轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的確定方法，所述方法主要利用節(jié)點(diǎn)自動(dòng)劃分模塊、模型創(chuàng)建模塊和模型計(jì)算模塊來進(jìn)行臨界轉(zhuǎn)速的確定，所述各模塊之間進(jìn)行數(shù)據(jù)處理順序依次為節(jié)點(diǎn)自動(dòng)劃分模塊、模型創(chuàng)建模塊和模型計(jì)算模塊。首先由節(jié)點(diǎn)自動(dòng)劃分模塊在工程圖紙基礎(chǔ)上創(chuàng)建濕轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的幾何模型，并且對(duì)其進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)劃分；其次利用模型創(chuàng)建模塊輸入轉(zhuǎn)軸、葉輪、軸承、密封間隙等零部件的物理參數(shù)，建立多級(jí)離心泵軸系的總質(zhì)量矩陣[M]，總剛度矩陣[K]、總阻尼矩陣[C]以及整體計(jì)算模型；最后利用模型計(jì)算模塊求解多級(jí)離心泵軸系整體計(jì)算模型，繪制坎貝爾圖并得到所需的前n階臨界轉(zhuǎn)速。本發(fā)明操作簡(jiǎn)單，工程適用性廣，能對(duì)不同結(jié)構(gòu)情況下的多級(jí)離心泵濕轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速進(jìn)行計(jì)算，指導(dǎo)多級(jí)離心泵轉(zhuǎn)子的工程設(shè)計(jì)和運(yùn)用，縮短設(shè)計(jì)周期，提高多級(jí)離心泵轉(zhuǎn)子的生產(chǎn)效率。
【專利說明】一種多級(jí)離心泵濕轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及多級(jí)離心泵轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，本發(fā)明更具體地涉及一種多級(jí)離心泵濕轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的確定方法。
【背景技術(shù)】
[0002]多級(jí)離心泵廣泛運(yùn)用于化工、石油和電力等領(lǐng)域中，多級(jí)離心泵正朝著大型化、高轉(zhuǎn)速方向發(fā)展，葉輪數(shù)量不斷增加，機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性也越來越重要。在多級(jí)離心泵轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的設(shè)計(jì)研究中，臨界轉(zhuǎn)速是旋轉(zhuǎn)機(jī)械中十分重要的一個(gè)概念和參數(shù)，當(dāng)多級(jí)離心泵工作在臨界轉(zhuǎn)速附近時(shí)，軸系撓曲量顯著增加，與密封間隙和殼體部件產(chǎn)生嚴(yán)重的碰磨，振動(dòng)噪聲很大，對(duì)操作人員和機(jī)器設(shè)備將產(chǎn)生嚴(yán)重的危害，造成嚴(yán)重的破壞性事故。
[0003]轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算方法常采用傳遞矩陣法和有限元法兩種方法，而后者相較于前者，應(yīng)用更加廣泛。同時(shí)多級(jí)離心泵轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的設(shè)計(jì)研究中存在著干轉(zhuǎn)子和濕轉(zhuǎn)子兩種不同的情況，兩者之間最大的不同在于是否考慮各級(jí)轉(zhuǎn)子間密封間隙對(duì)于高速旋轉(zhuǎn)泵軸的作用力，相同情況下考慮其作用的濕轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速高于干轉(zhuǎn)子情況。在單級(jí)或級(jí)數(shù)很少，轉(zhuǎn)速較低時(shí)，間隙中流體對(duì)于泵軸影響較小，但是隨著轉(zhuǎn)速提高，葉輪級(jí)數(shù)的增多，間隙中流體對(duì)于泵軸的作用力將不可忽略，其對(duì)于泵軸的濕轉(zhuǎn)子效應(yīng)將十分顯著，因此必須考慮其對(duì)于多級(jí)離心泵臨界轉(zhuǎn)速的影響。
[0004]目前，國(guó)內(nèi)工程上對(duì)多級(jí)離心泵軸系的臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算還主要針對(duì)干轉(zhuǎn)子情況，通過ANSYS、ADAMS等有限元軟件對(duì)多級(jí)離心泵軸系進(jìn)行建模并求解臨界轉(zhuǎn)速，對(duì)于多級(jí)葉輪、長(zhǎng)軸系的多級(jí)離心泵然從建模到得到結(jié)果需要較長(zhǎng)時(shí)間，并且建模中常由于未考慮泵軸的濕轉(zhuǎn)子效應(yīng)導(dǎo)致計(jì)算值與實(shí)際情況存在較大出入，而且以上有限元軟件需要具備一定專業(yè)素養(yǎng)的操作人員進(jìn)行操作，生產(chǎn)效率低，無法在工程上進(jìn)行廣泛推廣使用，用于指導(dǎo)多級(jí)離心泵轉(zhuǎn)子工程設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，現(xiàn)階段缺少適用于工程上多級(jí)離心泵濕轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算的指導(dǎo)方法和平臺(tái)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為解決工程上多級(jí)離心泵濕轉(zhuǎn)子軸系臨界轉(zhuǎn)速的確定問題提供一種多級(jí)離心泵濕轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的確定方法，所述方法主要利用節(jié)點(diǎn)自動(dòng)劃分模塊、模型創(chuàng)建模塊和模型計(jì)算模塊來進(jìn)行臨界轉(zhuǎn)速的確定，其特征在于:所述各模塊之間進(jìn)行數(shù)據(jù)處理順序依次為節(jié)點(diǎn)自動(dòng)劃分模塊、模型創(chuàng)建模塊和模型計(jì)算模塊，并且所述各模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的:
[0006]步驟1:節(jié)點(diǎn)自動(dòng)劃分模塊:
[0007]1-1)根據(jù)工程圖紙確定轉(zhuǎn)軸幾何模型；
[0008]1-2)根據(jù)工程圖紙確定葉輪個(gè)數(shù)及各級(jí)葉輪所在位置；
[0009]1-3)根據(jù)工程圖紙確定軸承個(gè)數(shù)及各軸承所在位置；
[0010]1-4)進(jìn)一步確定密封間隙的數(shù)目及各密封間隙所在位置；[0011]1-5)確定劃分節(jié)點(diǎn)的最大間隙值；
[0012]1-6)按照節(jié)點(diǎn)疊加原理實(shí)現(xiàn)多級(jí)離心泵濕轉(zhuǎn)子的節(jié)點(diǎn)自動(dòng)劃分；
[0013]步驟2:模型創(chuàng)建模塊:
[0014]2-1)確定轉(zhuǎn)軸相關(guān)物理參數(shù)；
[0015]2-2)確定葉輪相關(guān)物理參數(shù)；
[0016]2-3)確定各軸承的支撐動(dòng)特性系數(shù)；
[0017]2-4)進(jìn)一步確定各密封間隙的支撐動(dòng)特性系數(shù)；
[0018]2-5)根據(jù)已劃分好的節(jié)點(diǎn)以及轉(zhuǎn)子上述相關(guān)物理參數(shù)，利用有限元法創(chuàng)建計(jì)算模型的總質(zhì)量矩陣[M]，總剛度矩陣[K]、總阻尼矩陣[C]以及轉(zhuǎn)子計(jì)算模型；
[0019]步驟3:模型計(jì)算模塊:
[0020]3-1)對(duì)轉(zhuǎn)子計(jì)算模型進(jìn)行降階處理，將其由二階微分方程降為一階微分方程；
[0021]3-2)求解轉(zhuǎn)子計(jì)算模型的特征值，并提取其特征值的虛部值；
[0022]3-3)確定需要前η階的臨界轉(zhuǎn)速階數(shù)，以轉(zhuǎn)速為橫坐標(biāo)，渦動(dòng)速度為縱坐標(biāo)進(jìn)行坎貝爾圖繪制并得到所需前η階的臨界轉(zhuǎn)速。
[0023]依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明的多級(jí)離心泵濕轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速確定方法能夠?qū)Σ煌瑤缀文Ｐ偷亩嗉?jí)離心泵濕轉(zhuǎn)子進(jìn)行節(jié)點(diǎn)自動(dòng)劃分。
[0024]依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明的多級(jí)離心泵濕轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速確定方法能夠求取不同幾何模型的多級(jí)離心泵濕轉(zhuǎn)子情況下的臨界轉(zhuǎn)速。
[0025]依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明的多級(jí)離心泵濕轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速確定方法能夠根據(jù)工作人員的需要求取滿足工程應(yīng)用的前η階多級(jí)離心泵濕轉(zhuǎn)子情況下的臨界轉(zhuǎn)速。
[0026]本發(fā)明解決了目前工程上多級(jí)離心泵濕轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的確定問題，通過節(jié)點(diǎn)自動(dòng)劃分和有限元方法能夠?qū)Σ煌瑤缀螀?shù)下的多級(jí)離心泵濕轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速進(jìn)行確定，同時(shí)也能夠根據(jù)操作人員要求計(jì)算滿足工程運(yùn)算的多級(jí)離心泵濕轉(zhuǎn)子情況下的前η階臨界轉(zhuǎn)速，符合實(shí)際工程需要。并且該平臺(tái)不需要操作人具有較高專業(yè)素質(zhì)，操作簡(jiǎn)單方便，簡(jiǎn)化了求解過程，大大節(jié)約了多級(jí)離心泵轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)周期，提高了多級(jí)離心泵轉(zhuǎn)子的生產(chǎn)效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的進(jìn)行多級(jí)離心泵濕轉(zhuǎn)子軸系臨界轉(zhuǎn)速確定的流程框圖；
[0028]圖2是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的節(jié)點(diǎn)自動(dòng)劃分的流程圖；
[0029]圖3是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的計(jì)算模型自動(dòng)創(chuàng)建的流程圖；
[0030]圖4是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的計(jì)算模型求解臨界轉(zhuǎn)速的流程圖；
[0031]圖5是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的多級(jí)離心泵濕轉(zhuǎn)子幾何模型工程示意圖；
[0032]圖6是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的濕轉(zhuǎn)子簡(jiǎn)化示意圖；
[0033]圖7是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的濕轉(zhuǎn)子求解得到的坎貝爾圖；
[0034]其中，1-左端滾動(dòng)軸承，2-轉(zhuǎn)軸，3-前端口環(huán)密封，4-葉輪，5-中間軸套，6-中間襯套，7-后端口環(huán)密封，8-右端滾動(dòng)軸承。
【具體實(shí)施方式】[0035]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。
[0036]如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明多級(jí)離心泵濕轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速確定方法主要利用三大模塊:節(jié)點(diǎn)自動(dòng)劃分模塊、模型創(chuàng)建模塊和模型計(jì)算模塊，各模塊之間依次進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，首先由節(jié)點(diǎn)自動(dòng)劃分模塊完成對(duì)整個(gè)轉(zhuǎn)子的節(jié)點(diǎn)自動(dòng)劃分，在保證節(jié)點(diǎn)劃分好以后，進(jìn)入模型創(chuàng)建模塊，在該模塊里面完成總質(zhì)量矩陣[M]，總剛度矩陣[K]、總阻尼矩陣[C]以及轉(zhuǎn)子計(jì)算模型的創(chuàng)建，最后在模型計(jì)算模塊里完成對(duì)計(jì)算模型的求解，得到多級(jí)離心泵轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速。
[0037]所述各模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的:
[0038]進(jìn)一步地，如圖2所示，步驟1:節(jié)點(diǎn)自動(dòng)劃分模塊:
[0039]如圖5所示，根據(jù)工程圖紙確定轉(zhuǎn)軸幾何模型，如圖6所示的濕轉(zhuǎn)子簡(jiǎn)化示意圖，轉(zhuǎn)軸(2)的各級(jí)葉輪(4)處有定位軸肩，軸肩處直徑略大于葉輪處轉(zhuǎn)軸直徑，在簡(jiǎn)化時(shí)可忽略；選取左端軸的左端面為基準(zhǔn)平面，本實(shí)施例1中轉(zhuǎn)軸幾何參數(shù)列于表1中；
[0040]
【權(quán)利要求】
1.一種多級(jí)離心泵濕轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的確定方法，所述方法主要利用節(jié)點(diǎn)自動(dòng)劃分模塊、模型創(chuàng)建模塊和模型計(jì)算模塊來進(jìn)行臨界轉(zhuǎn)速的確定，其特征在于:所述各模塊之間進(jìn)行數(shù)據(jù)處理順序依次為節(jié)點(diǎn)自動(dòng)劃分模塊、模型創(chuàng)建模塊和模型計(jì)算模塊，并且所述各模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的: 步驟1:節(jié)點(diǎn)自動(dòng)劃分模塊: 1-1)根據(jù)工程圖紙確定轉(zhuǎn)軸幾何模型； 1-2)根據(jù)工程圖紙確定葉輪個(gè)數(shù)及各級(jí)葉輪所在位置； 1-3)根據(jù)工程圖紙確定軸承個(gè)數(shù)及各軸承所在位置； 1-4)進(jìn)一步確定密封間隙的數(shù)目及各密封間隙所在位置； 1-5)確定劃分節(jié)點(diǎn)的最大間隙值； 1-6)按照節(jié)點(diǎn)疊加原理實(shí)現(xiàn)多級(jí)離心泵濕轉(zhuǎn)子的節(jié)點(diǎn)自動(dòng)劃分； 步驟2:模型創(chuàng)建模塊: 2-1)確定轉(zhuǎn)軸相關(guān)物理參數(shù)； 2-2)確定葉輪相關(guān)物理參數(shù)； 2-3)確定各軸承的支撐動(dòng)特性系數(shù)； 2-4)進(jìn)一步確定各密封間隙的支撐動(dòng)特性系數(shù)； 2-5)根據(jù)已劃分好的節(jié)點(diǎn)以及轉(zhuǎn)子上述相關(guān)物理參數(shù)，利用有限元法創(chuàng)建計(jì)算模型的總質(zhì)量矩陣[M]，總剛度矩陣[K]、總阻尼矩陣[C]以及轉(zhuǎn)子計(jì)算模型； 步驟3:模型計(jì)算模塊: 3-1)對(duì)轉(zhuǎn)子計(jì)算模型進(jìn)行降階處理，將其由二階微分方程降為一階微分方程； 3-2)求解轉(zhuǎn)子計(jì)算模型的特征值，并提取其特征值的虛部值； 3-3)確定需要前η階的臨界轉(zhuǎn)速階數(shù)，以轉(zhuǎn)速為橫坐標(biāo)，渦動(dòng)速度為縱坐標(biāo)進(jìn)行坎貝爾圖繪制并得到所需前η階的臨界轉(zhuǎn)速。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級(jí)離心泵濕轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的確定方法，其特征在于:所述方法能夠?qū)Σ煌瑤缀文Ｐ偷亩嗉?jí)離心泵濕轉(zhuǎn)子進(jìn)行節(jié)點(diǎn)自動(dòng)劃分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級(jí)離心泵濕轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的確定方法，其特征在于:所述方法能夠求取不同幾何模型的多級(jí)離心泵濕轉(zhuǎn)子情況下的臨界轉(zhuǎn)速。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級(jí)離心泵濕轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的確定方法，其特征在于:所述方法能夠根據(jù)工作人員的需要求取滿足工程應(yīng)用的前η階多級(jí)離心泵濕轉(zhuǎn)子情況下的臨界轉(zhuǎn)速。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103632006SQ201310648017
【公開日】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, 周文杰, 姚德群, 王樂勤, 楊宇宸, 宋少光, 吳大轉(zhuǎn), 邵晨, 范吉全, 李玉龍 申請(qǐng)人:中國(guó)寰球工程公司, 浙江大學(xué)