[發明專利]一種離心泵內平衡盤非線性動態軸向力的計算方法

在審

• 申請號: 202010014188.0
• 申請日: 2020-01-07
• 公開（公告）號: CN111324992A
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 周文杰;王一帆;趙智斌;史君林;干斌;高波
• 申請（專利權）人: 江蘇大學;四川輕化工大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F119/14;G06F111/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種離心泵內平衡盤非線性動態軸向力的計算方法，基于連續性方程、N?S方程和軸向間隙非線性周向速度求解平衡盤軸向力。首先化簡徑向間隙流體流動的連續性方程和N?S方程中的軸向動量方程；利用軸向速度邊界條件獲取徑向間隙內軸向速度分布；積分求解徑向間隙流量；確定軸向間隙內流體的非線性周向速度；再化簡軸向間隙流體流動的連續性方程和N?S方程中的徑向動量方程；利用徑向速度邊界條件得到軸向間隙內徑向速度分布；積分求解軸向間隙流量和內部壓力分布；最后利用兩間隙內部流量相等的條件得到平衡盤的非線性軸向力。本發明考慮了平衡盤軸向間隙中非線性流動特性的影響，計算模型更加真實可靠。

技術領域

本發明涉及一種離心泵平衡盤非線性動態軸向力的計算方法，屬于流體機械工程領域。

背景技術

平衡盤作為離心泵的常見部件之一，其設計是否合理對于離心泵轉子系統的安全穩定運行具有重要影響。本質上，平衡盤一部分隨轉子系統進行旋轉，另一部分則與靜止的泵殼體相連，在壓差的作用下，相對旋轉間隙內部會產生流體激振力作用，進而影響轉子系統的振動和穩定特性，尤其在軸向振動方面，平衡盤的動態軸向力是影響轉子軸向振動的核心因素，因此準確計算平衡盤動態軸向力具有重要的工程價值和意義?，F有的平衡盤軸向力常根據工程經驗或者簡化的線性模型進行計算，并沒有考慮平衡盤在隨轉子系統軸向運動中軸向間隙變化過大和流體粘性所引起的流體非線性流動變化情況，進而導致所得到的平衡盤軸向力簡化模型與真實情況具有較大的誤差，計算模型需要完善和優化。

發明內容

本發明針對平衡盤軸向力計算中線性假設的不足，從基本流動理論出發，結合平衡盤結構及其內部軸向間隙流體流動的真實非線性特性，提供了一種可用于平衡盤非線性動態軸向力的計算方法。本發明不存在對軸向間隙流體流動的線性假設，因此其更能描述平衡盤真實工況下的運轉情況，所得非線性軸向力具有更好的適用性和計算精度。

為達到上述發明目的，本發明所采用的技術方案如下：

1.一種離心泵內平衡盤非線性動態軸向力的計算方法，其特征在于，包括步驟如下：

第一步，結合平衡盤徑向間隙內部流體流動特點，對徑向間隙流體流動的連續性方程和N-S方程中的軸向動量方程進行化簡；

第二步，對軸向動量方程進行分離變量積分，給定徑向間隙內部流體軸向速度邊界條件，獲取徑向間隙內軸向速度分布；

第三步，對徑向間隙內軸向速度沿徑向進行積分，求解徑向間隙內流體流量；

第四步，考慮軸向間隙內流體周向流動的非線性特性，引入周向速度邊界條件，確定軸向間隙內流體的非線性周向速度；

第五步，結合軸向間隙內部流體流動特點，化簡軸向間隙流體流動的連續性方程和N-S方程中的徑向動量方程；

第六步，結合簡化的徑向動量方程和非線性周向速度，給定軸向間隙內部流體徑向速度邊界條件，獲取軸向間隙內徑向速度分布；

第七步，對軸向間隙內徑向速度沿軸向進行積分，求解軸向間隙內流體流量，并進一步得到軸向間隙內壓力分布；

第八步，利用軸向間隙、徑向間隙兩間隙內部流量相等的條件，進行平衡盤軸向受力分析，計算得到平衡盤的非線性軸向力；

進一步地，第一步中的簡化是：基于徑向間隙流動，流動為層流，且為軸對稱流動，忽略徑向流動和體積力，將徑向間隙流體流動的連續性方程簡化為軸向速度不隨z變化，僅是r的函數；

N-S方程中的軸向動量方程簡化為

其中，u_z為軸向速度，z為軸向坐標，ρ為密度，p為壓力，ν為運動粘度，r為徑向坐標。

進一步地，第二步中軸向動量方程進行分離變量積分得到：