离心泵多工况性能研究与试验验证

发布时间：2017-05-02 08:07

  本文关键词：离心泵多工况性能研究与试验验证，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：离心泵是广泛应用于石油化工、水循环与处理、油气储运、能源发电以及建筑工程等各行各业的通用流体机械设备。本文主要是对离心泵进行多工况性能研究和试验验证。为了开展本课题的研究工作,借助了项目合作方广东佛山水泵厂提供的型号为KCP80×50-315离心泵图纸数据、技术资料以及相关的试验测试平台。主要采取数值模拟计算方式和试验验证方式,最终得到了离心泵多工况全流场的内流场特性分布状况、外特性性能和轴向力的预测曲线,并得到了试验的验证。首先,本文介绍了离心泵在油气储运工程中的应用以及CFD技术及其相关计算软件,概述了离心泵的研究和发展史以及国内外的研究现状,归纳了基于泵内各项损失的离心泵性能特性的计算模型。其次,利用三维造型软件Pro/E实现了该型号离心泵的流体域的全流场三维实体建模与装配,利用ICEM进行了计算域的分区域结构/非结构网格划分,利用CFX软件实现了离心泵的多工况全流场三维数值模拟计算,得到了离心泵的密封环泄漏量-流量和轴向力-流量曲线的预测值和经验公式计算值,并预测了该泵的外特性性能曲线。结果显示扬程曲线存在驼峰现象,效率曲线存在向大流量点偏移现象。着重分析了离心泵轴面、中间面、叶轮、蜗壳、密封环间隙和平衡孔内的压力场、速度场矢量图和速度场流线图等内流场的分布特性和规律,得出该泵叶轮存在脱流和叶轮出口堵塞的现象,并为该泵设计优化提供了参考和改进意见。另外,本文还比较了有、无平衡孔情况下泵叶轮的压力场分布差别和泵轴向力的差值,得出平衡孔可减少约80%的轴向力。然后,借助厂方的离心泵测试平台完成了对该泵样机的外特性性能试验和轴向力强度试验,并进行了数据处理,将数值模拟计算与性能试验得到的特性曲线进行对比和分析,验证了基于CFX软件的模拟计算离心泵多工况全流场性能的可靠性和适用性。最后总结了本研究的主要成果和结论,并对后续的研究做出了建议和展望。
【关键词】：离心泵 多工况 全流场 数值模拟 性能研究 试验验证
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH311
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-24
• 1.1 课题介绍11-12
• 1.1.1 课题来源11-12
• 1.1.2 研究背景12
• 1.2 离心泵在油气储运工程中的应用12-14
• 1.2.1 离心泵在储运过程中的基本情况12-13
• 1.2.2 输油泵站13-14
• 1.2.3 多工况性能研究对油气储运的意义14
• 1.3 CFD技术及数值模拟软件的介绍14-16
• 1.3.1 CFD技术简介14-15
• 1.3.2 ANSYS ICEM CFD/ CFX简介15-16
• 1.4 离心泵研究和发展综述16-22
• 1.4.1 离心泵的理论和结构发展史16-17
• 1.4.2 离心泵多工况设计和性能研究现状17-19
• 1.4.3 离心泵的数值模拟和试验研究现状19-22
• 1.5 本文主要研究内容和基本工作22-23
• 1.5.1 研究内容22-23
• 1.5.2 基本工作23
• 1.6 本章小结23-24
• 第二章 离心泵性能特性理论计算24-33
• 2.1 理论扬程24-26
• 2.1.1 理想情况时的理论扬程24
• 2.1.2 常用的修正方法24-26
• 2.1.3 实际情况时的理论扬程26
• 2.2 泵内各项损失26-30
• 2.2.1 机械损失26-27
• 2.2.2 容积损失27-28
• 2.2.3 水力损失28-30
• 2.3 实际扬程、有效功率和总效率30-31
• 2.4 轴向力及轴向力的计算31-32
• 2.4.1 轴向力的组成31
• 2.4.2 无平衡孔叶轮泵轴向力的计算31-32
• 2.4.3 有平衡孔叶轮泵轴向力的计算32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 离心泵全流场三维数值模拟33-44
• 3.1 离心泵几何结构参数和全流场三维建模33-35
• 3.1.1 几何结构参数33-34
• 3.1.2 全流场的三维建模34-35
• 3.2 计算域网格划分35-37
• 3.3 全流场模拟计算的必要性37-38
• 3.4 计算方法和边界条件38
• 3.5 计算结果与分析38-42
• 3.5.1 计算收敛情况和监测点情况展示38-40
• 3.5.2 性能预测40-42
• 3.6 本章小结42-44
• 第四章 离心泵多工况全流场模拟的内流场特性分析44-59
• 4.1 离心泵多工况压力场特性44-48
• 4.1.1 泵轴面和中间平面的压力场特性44-45
• 4.1.2 叶轮压力场特性45-46
• 4.1.3 有、无平衡孔情况下叶轮压力场分布的对比46-48
• 4.2 离心泵多工况速度场特性48-58
• 4.2.1 泵轴面和中间平面的速度场特性48-50
• 4.2.2 叶轮速度场特性50-51
• 4.2.3 前、后密封环间隙速度场特性51-53
• 4.2.4 平衡孔速度场特性53-54
• 4.2.5 蜗壳速度场特性54-55
• 4.2.6 叶轮蜗壳中间平面内速度场流线图特性55-57
• 4.2.7 平衡孔回流至叶轮速度场流线图特性57-58
• 4.3 本章小结58-59
• 第五章 离心泵的试验验证59-70
• 5.1 离心泵试验目的和内容59
• 5.1.1 外特性试验目的59
• 5.1.2 外特性试验内容59
• 5.1.3 强度试验目的和内容59
• 5.2 试验装置介绍59-64
• 5.2.1 试验平台59-61
• 5.2.2 参数测量系统61-64
• 5.3 试验原理和方法64-66
• 5.3.1 试验外特性参数64-65
• 5.3.2 性能试验步骤65-66
• 5.4 试验结果处理、分析与对比验证66-69
• 5.4.1 数据记录和整理66
• 5.4.2 数据对比和分析验证66-68
• 5.4.3 模拟和试验误差分析68-69
• 5.5 本章小结69-70
• 结论与展望70-73
• 成果和结论70-72
• 研究展望72-73
• 参考文献73-77
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果77-78
• 致谢78-79
• 附件79

【参考文献】

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本文编号：340572