[發(fā)明專(zhuān)利]一種考慮水泵過(guò)流部件雷諾數(shù)和粗糙度的水泵揚(yáng)程的換算方法

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• 申請(qǐng)日: 2021-08-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113688526A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐用良;陳金霞;劉文杰;王建華;李順祥;賀小婷;孫琦鵬;王秀峰;魯佰軍;代開(kāi)鋒;何志峰;周伯成;黃才生;張廣;李敬濤;陳姍姍;劉金寶;張耀軍;趙冰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 哈動(dòng)國(guó)家水力發(fā)電設(shè)備工程技術(shù)研究中心有限公司;重慶市西部水資源開(kāi)發(fā)有限公司;長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司;哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/20
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/20;G06F30/28;G06F17/18;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開(kāi)一種考慮水泵過(guò)流部件雷諾數(shù)和粗糙度的水泵揚(yáng)程的換算方法，在模型水泵研發(fā)階段，就能準(zhǔn)確的預(yù)估原型水泵的揚(yáng)程。該方法通過(guò)水泵模型試驗(yàn)來(lái)預(yù)測(cè)原型水泵揚(yáng)程時(shí)，除了考慮模型和原型間的相似定律外，還需考慮模型水泵和原型水泵由于雷諾數(shù)和粗糙度的差異引起的比尺效應(yīng)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，將過(guò)流部件的速度因子和可換算水力比能損失指數(shù)表示成最優(yōu)點(diǎn)比轉(zhuǎn)速的函數(shù)，再將模型水泵試驗(yàn)工況的揚(yáng)程換算到模型水泵參考條件下的揚(yáng)程，最后將模型水泵參考條件先的揚(yáng)程換算到原型水泵運(yùn)行條件下。該方法首次在世界范圍建立了雷諾數(shù)和粗糙度對(duì)原型水泵揚(yáng)程的影響。不論是對(duì)原型水泵的運(yùn)行還是新建泵站的研發(fā)，都有重要意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水力機(jī)械領(lǐng)域，尤其涉及一種水泵揚(yáng)程的換算方法。

背景技術(shù)

我國(guó)是一個(gè)嚴(yán)重干旱缺水嚴(yán)重的國(guó)家，再加上全國(guó)降水量的地 區(qū)分布很不均勻，造成了全國(guó)水土資源不平衡現(xiàn)象，長(zhǎng)江流域和長(zhǎng) 江以南耕地只占全國(guó)的36％，而水資源量卻占全國(guó)的80％；黃、淮、 海三大流域，水資源量只占全國(guó)的8％，而耕地卻占全國(guó)的40％，水 土資源相差十分懸殊。在水資源調(diào)配過(guò)程中，泵站起著及其重要左 右，尤其水泵的流量、揚(yáng)程、空化性能和穩(wěn)定運(yùn)行范圍，直接決定 調(diào)水工程的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。受自然條件限制、再加上不同調(diào) 水工程需求差異較大，大多數(shù)調(diào)水工程的泵站需要量身定制。對(duì)于水泵的研發(fā)，業(yè)內(nèi)通行的做法的方法是通過(guò)在與原型水泵模擬的模 型水泵上進(jìn)行試驗(yàn)，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果來(lái)預(yù)測(cè)原型水泵性能。

對(duì)于水泵揚(yáng)程的換算，目前行業(yè)內(nèi)僅考慮了模型水泵和原型水 泵的相似定律，相似定律的假設(shè)條件是模型水泵和原型水泵均為理 想流動(dòng)。模型水泵及其幾何相似的原型水泵在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中都會(huì) 產(chǎn)生各種水力損失。對(duì)于水泵揚(yáng)程，可以分為局部損失和摩擦損失。 根據(jù)水力學(xué)原理，在相似工況，模型水泵及相似原型水泵的局部損 失比例相同；水泵的摩擦損失與過(guò)流部件的摩擦損失系數(shù)相關(guān)。根 據(jù)Nichtawitz公式，過(guò)流部件的摩擦損失系數(shù)與過(guò)流部件的雷諾數(shù) 和表面粗糙度的相關(guān)。故目前行業(yè)內(nèi)水泵揚(yáng)程的換算沒(méi)有考慮由于 模型和原型間由于雷諾數(shù)和粗糙度的差異引起的比尺效應(yīng)。對(duì)于新 建泵站，原型水泵的換算相對(duì)較低，而對(duì)于表面粗糙度很差的改造 泵站，導(dǎo)致泵的換算揚(yáng)程偏高，嚴(yán)重的時(shí)候會(huì)限制水泵的運(yùn)行范圍。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的是能夠在泵站的模型水泵研發(fā)階段，就 能根據(jù)模型和原型水泵的雷諾數(shù)和粗糙度準(zhǔn)確的預(yù)估原型水泵的揚(yáng) 程，降低原型水泵的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

本發(fā)明在進(jìn)行水泵揚(yáng)程換算時(shí)，充分考慮水泵各過(guò)流部件雷諾 數(shù)和粗糙度的影響，首先將模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)換算到參考統(tǒng)一條件下， 得到水泵揚(yáng)程換算的第一步比尺效應(yīng)。之后將參考條件下的水泵揚(yáng) 程換算到原型水泵運(yùn)行條件下，得到第二步的比尺效應(yīng)。最后結(jié)合 水泵揚(yáng)程換算的相似定律和比尺效應(yīng)，得到原型水泵的揚(yáng)程。

具體的技術(shù)方案如下：

一種考慮水泵過(guò)流部件雷諾數(shù)和粗糙度的水泵揚(yáng)程的換算方法 包括如下步驟：

步驟一：確定模型水泵的流量揚(yáng)程曲線H_M～Q_M和流量效率曲 線η_hM～Q_M：

在水力機(jī)械模型試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行水泵特性試驗(yàn)，試驗(yàn)轉(zhuǎn)速恒定為n_M， 通過(guò)閥門(mén)依次降低水泵的過(guò)流流量，得到一系列工況下水泵性能， 需要測(cè)量的物理量有：揚(yáng)程H_M、流量Q_M、轉(zhuǎn)速n_M、力矩T_M和水 溫T_wM，并計(jì)算每個(gè)工況下模型水泵的效率η_hM和雷洛數(shù)ReM，η_hM和Re_M分別定義為：