[發明專利]一種多級離心泵濕轉子臨界轉速的確定方法

有效

• 申請號: 201310648017.3
• 申請日: 2013-12-04
• 公開（公告）號: CN103632006A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 邢桂坤;周文杰;姚德群;王樂勤;楊宇宸;宋少光;吳大轉;邵晨;范吉全;李玉龍
• 申請（專利權）人: 中國寰球工程公司;浙江大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京科龍寰宇知識產權代理有限責任公司 11139
• 代理人: 孫皓晨

技術領域

本發明涉及多級離心泵轉子設計領域，本發明更具體地涉及一種多級離心泵濕轉子臨界轉速的確定方法。?

背景技術

多級離心泵廣泛運用于化工、石油和電力等領域中，多級離心泵正朝著大型化、高轉速方向發展，葉輪數量不斷增加，機組運行的穩定性也越來越重要。在多級離心泵轉子動力學的設計研究中，臨界轉速是旋轉機械中十分重要的一個概念和參數，當多級離心泵工作在臨界轉速附近時，軸系撓曲量顯著增加，與密封間隙和殼體部件產生嚴重的碰磨，振動噪聲很大，對操作人員和機器設備將產生嚴重的危害，造成嚴重的破壞性事故。?

轉子臨界轉速的計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，應用更加廣泛。同時多級離心泵轉子動力學的設計研究中存在著干轉子和濕轉子兩種不同的情況，兩者之間最大的不同在于是否考慮各級轉子間密封間隙對于高速旋轉泵軸的作用力，相同情況下考慮其作用的濕轉子臨界轉速高于干轉子情況。在單級或級數很少，轉速較低時，間隙中流體對于泵軸影響較小，但是隨著轉速提高，葉輪級數的增多，間隙中流體對于泵軸的作用力將不可忽略，其對于泵軸的濕轉子效應將十分顯著，因此必須考慮其對于多級離心泵臨界轉速的影響。?

目前，國內工程上對多級離心泵軸系的臨界轉速計算還主要針對干轉子情況，通過ANSYS、ADAMS等有限元軟件對多級離心泵軸系進行建模并求解臨界轉速，對于多級葉輪、長軸系的多級離心泵然從建模到得到結果需要較長時間，并且建模中常由于未考慮泵軸的濕轉子效應導致計算值與實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素養的操作人員進行操作，生產效率低，無法在工程上進行廣泛推廣使用，用于指導多級離心泵轉子工程設計和生產，現階段缺少適用于工程上多級離心泵濕轉子臨界轉速計算的指導方法和平臺。?

發明內容

本發明為解決工程上多級離心泵濕轉子軸系臨界轉速的確定問題提供一種多級離心泵濕轉子臨界轉速的確定方法，所述方法主要利用節點自動劃分模塊、模型創建模塊和模型計算模塊來進行臨界轉速的確定，其特征在于：所述各模塊之間進行數據處理順序依次為節點自動劃分模塊、模型創建模塊和模型計算模塊，并且所述各模塊進行數據處理是通過以下步驟實現的：?

步驟1：節點自動劃分模塊：?

1-1）根據工程圖紙確定轉軸幾何模型；?

1-2）根據工程圖紙確定葉輪個數及各級葉輪所在位置；?

1-3）根據工程圖紙確定軸承個數及各軸承所在位置；?

1-4）進一步確定密封間隙的數目及各密封間隙所在位置；?

1-5）確定劃分節點的最大間隙值；?

1-6）按照節點疊加原理實現多級離心泵濕轉子的節點自動劃分；?

步驟2：模型創建模塊：?

2-1）確定轉軸相關物理參數；?

2-2）確定葉輪相關物理參數；?

2-3）確定各軸承的支撐動特性系數；?

2-4）進一步確定各密封間隙的支撐動特性系數；?

2-5）根據已劃分好的節點以及轉子上述相關物理參數，利用有限元法創建計算模型的總質量矩陣[M]，總剛度矩陣[K]、總阻尼矩陣[C]以及轉子計算模型；?

步驟3：模型計算模塊：?

3-1）對轉子計算模型進行降階處理，將其由二階微分方程降為一階微分方程；?

3-2）求解轉子計算模型的特征值，并提取其特征值的虛部值；?

3-3）確定需要前n階的臨界轉速階數，以轉速為橫坐標，渦動速度為縱坐標進行坎貝爾圖繪制并得到所需前n階的臨界轉速。?

依據本發明的一個方面，本發明的多級離心泵濕轉子臨界轉速確定方法能夠對不同幾何模型的多級離心泵濕轉子進行節點自動劃分。?

依據本發明的一個方面，本發明的多級離心泵濕轉子臨界轉速確定方?法能夠求取不同幾何模型的多級離心泵濕轉子情況下的臨界轉速。?

依據本發明的一個方面，本發明的多級離心泵濕轉子臨界轉速確定方法能夠根據工作人員的需要求取滿足工程應用的前n階多級離心泵濕轉子情況下的臨界轉速。?