[發明專利]一種飽和功率特性離心葉輪幾何參數的迭代計算方法

有效

• 申請號: 201811132926.0
• 申請日: 2018-09-27
• 公開（公告）號: CN109446576B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 嚴敬;楊小林;符杰
• 申請（專利權）人: 西華大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17
• 代理公司: 成都金英專利代理事務所(普通合伙) 51218
• 代理人: 袁英

本發明公開了一種飽和功率特性離心葉輪幾何參數的迭代計算方法，它根據Stodola以勢流理論導出的離心泵基本方程，當離心泵的水功率P達最大值時，反解出離心葉輪幾何參數，此時設定葉輪旋轉角速度及抽送介質重度為常數ω﹑γ，且葉輪通過的理論流量為給定設計點理論流量，葉輪產生的理論揚程為設計點給定理論揚程，其中在反解離心葉輪的幾何參數時采用采用迭代求解的計算方法以保證葉輪幾何參數的精確性。本發明通過函數極值分析運算及參數逐次逼近，獲得了確保泵的最大輸入功率工況點與葉輪設計點重合的葉輪幾何參數的求解方法，葉輪在非設計點運行時輸入功率都將小于設計點的對應值。

技術領域

本發明涉及離心葉輪設計領域，特別是一種飽和功率特性離心葉輪幾何參數的迭代計算方法。

背景技術

離心泵是一類產量大﹑應用廣泛的基礎性通用產品。不同的用戶對泵有不同的特性要求。在化工﹑冶金等行業的連續生產線上，因泵組故障而引起的生產線停產會造成巨大的經濟損失，其用戶往往更注重泵的運行可靠性。泵的輸入功率是一個隨通過泵的流量變化而變化的變量，當泵的流量偏離設計流量增大時，其輸入功率也將非線性地增長，這一值超過配用電機額定功率后將引起電機超載運行而燒毀，這是生產實踐中泵組失效的一常見原因。降低泵在所有運行工況下最大輸入功率值成為提高泵組運行可靠性的基本舉措，這是避免為泵配用大功率電機，造成電機可能長期在低效區運行的“大馬拉小車”現象，或因配用電機額定功率僅能滿足泵在部分工況需求而燒毀的根本方法。顯然，最理想的結果是實現泵的輸入功率最大值恰好在設計流量下發生。在泵的設計點，泵的水功率是由理論揚程、理論流量和抽送介質重度決定的一個確定量。當泵在偏離設計工況的其它任何工況點運行時，在泵的最大輸入功率發生在設計工況點的條件下，泵的實際輸入功率都將小于這一值，這樣，只要泵的配用電機額定功率略大于泵在設計點的輸入功率，泵組都將安全運行。泵的這種在設計點具有最大輸入功率的特性稱為泵的輸入功率飽和特性。

還應說明，在任何工況下，泵的輸入功率都將劃分成兩個部分。一部分為所占比重較小的機械損失功率，這是指泵內由于各處機械磨損而不可逆地轉化為熱能的那部分功率，機械損失的主要形式是葉輪圓盤摩擦損失。在泵的轉速一定時，機械損失功率可視為一不隨泵運行工況變化的常量。輸入功率的主要部分為水功率，這是指葉輪在單位時間內對通過葉輪流量做的功。由于即使是圓盤摩擦損失不可低估的低比轉速泵的機械損失也顯著低于水功率，因而減小泵的最大輸入功率的主攻方向應當是盡力降低泵的水功率。實現泵的輸入功率的飽和特性就實現了泵的輸入功率最小化的目標。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點，提供一種與目前廣泛使用的一般以提高葉輪在設計點效率為首要考慮的傳統設計規范完全不同的飽和功率特性離心葉輪幾何參數的迭代計算方法。

本發明的目的通過以下技術方案來實現：一種飽和功率特性離心葉輪幾何參數的迭代計算方法，它根據Stodola以勢流理論導出的離心泵基本方程，當離心泵的水功率P達最大值時，反解出離心葉輪幾何參數，此時設定葉輪旋轉角速度及抽送介質重度為常數ω﹑γ，且葉輪通過的理論流量Q_d為給定設計點理論流量Q_Td，葉輪產生的理論揚程H_T為設計點給定理論揚程H_Td，其中在反解離心葉輪的幾何參數時采用迭代求解的計算方法。

具體地，根據Stodola的離心泵基本方程導出，當水功率有最大值時：

理論揚程：

同時得到水功率：

由于假定葉輪幾何參數及γ、ω是給定常數，上述方程表明，H_T和P分別是Q_T的一次及二次函數，現將上述式中的所含常數的兩個組合值記為常數k和a，即令

可簡化為：