[發明專利]獲得離心泵蝸殼的高效低噪葉輪方法

有效

• 申請號: 201110308957.9
• 申請日: 2011-10-12
• 公開（公告）號: CN103047173A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 朱瑞松;邵春雷;戴玉林;顧伯勤;范根芳;王洪靜;周劍鋒;李學勇;黃星路;陳曄
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石化揚子石油化工有限公司
• 主分類號: F04D29/22
• 分類號: F04D29/22
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 陳建和

1.獲得離心泵蝸殼的高效低噪葉輪方法，其特征是先通過傳統方法得到離心泵葉輪的主要結構尺寸：葉輪進口直徑、葉輪外徑、葉片數、葉片厚度、葉片進口安放角，出口安放角，葉片包角和葉片長度；

1)先對上述結構尺寸的葉輪得到離心泵定常性能測量：

利用MRF模型對設計轉速下10-25個不同流量工況的離心泵整機流場進行數值模擬，并按照定常性能預測方法預測離心泵的定常性能；得到H-Q、N-Q和η-Q性能曲線，分別對應流量與離心泵揚程、流量與離心泵的水力軸功率、離心泵的水力效率與流量的性能曲線；

由H-Q性能曲線可見，設計流量下離心泵的揚程，判斷是否達到設計要求，H-Q性能曲線是否平坦下降，沒有出現駝峰，設計流量下離心泵的水力軸功率是多少，功率曲線是否較平坦而不易產生過載現象；由η-Q性能曲線可見，設計流量下離心泵的水力效率是否為70％以上，且判斷高效流量區域；如果按傳統設計方法設計的葉輪的定常性能不能滿足要求，則分析流場并改進結構，再重復第1)步，直到葉輪的定常性能滿足要求；如葉輪的定常性能滿足要求，再進行第2)步；

2)離心泵非定常性能預測：

利用SM模型對上述離心泵整機流場進行數值模擬，取時間迭代步長Δt＝0.0001s，葉輪旋轉一圈的迭代步數i為414；模型在迭代500-3000步后，壓力變化滿足周期性要求，計算收斂；按照非定常性能預測方法預測離心泵的非定常性能，得到離心泵出口靜壓p_so和葉片進口靜壓p_sb的變化曲線；

得到如下結果：當葉片-蝸舌夾角為0°時，出口靜壓達到最大；葉片-蝸舌夾角從0°到13°時，出口靜壓迅速下降，當夾角為13°時，出口靜壓達到最小；從13°到42°時，出口靜壓迅速上升；從42°到54°時，出口靜壓上升緩慢；從54°到60°時，出口靜壓又呈現迅速上升趨勢；如果在一個周期內，出口靜壓波動很大，表明葉片-蝸舌動靜干涉作用對出口靜壓的影響較大；這種壓力的非均勻大幅度波動容易引起泵的振動和噪聲，不利于泵的穩定運行；

如果葉片進口靜壓的波動周期與泵出口靜壓波動周期相同；進口靜壓波動的最大負波峰仍高于飽和蒸汽壓，故不會發生汽蝕；若最大負波峰低于飽和蒸汽壓，則可改進葉片進口處的結構，以提高進口壓力或減小進口靜壓波動幅度；

3)離心泵內部流場分析及結構改進

通過比較葉片-蝸舌夾角為0°、13°、42°和54°時葉輪中截面上的相對速度矢量分布，和葉片-蝸舌夾角為0°、13°、42°和54°時中截面上的靜壓分布；

獲得如下結果：在葉片進口處是否存在頭部沖擊，說明離心泵葉片進口安放角不合理，這是導致葉片進口壓力波動的原因之一；如果在葉輪流道內旋渦占據較大范圍，蝸舌附近葉輪流道內水流紊亂，且隨著葉片-蝸舌相對位置的不同變化強烈，說明葉片出口安放角和葉片彎曲規律不甚合理，這是導致流動不穩定，造成壓力波動以及泵效率降低；

隨著葉片-蝸舌相對位置的變化，葉片進口壓力波動明顯，這也說明了離心泵葉片進口安放角不合理；當葉片遠離蝸舌時，壓力分布比較均勻，當葉片靠近蝸舌時，不論周向還是徑向壓力分布都不均勻，這進一步說明了葉片出口安放角和葉片彎曲規律不合理，這是導致出口壓力波動幅度較大且不均勻的主要原因；

根據分析提出如下改進方案：

3-1)適當增大葉片進口安放角，使之適應來流條件，減小葉片頭部沖擊，提高葉片進口處壓力；

3-2)適當減小葉片出口安放角，進一步消除旋渦，減小靜壓波動的幅度；

3-3)適當調整葉片彎曲規律，從葉片進口到出口曲率半徑逐漸增大，使壓力波動均勻；

4)改進后離心泵的性能評價

測試改進后離心泵的H-Q、N-Q和η-Q性能曲線、p_so和p_sb變化曲線；

5)根據分析提出新的改進方案，再進行離心泵的性能評價，直到得到理想性能的離心泵。