导叶对激冷水循环泵径向力影响的数值模拟

发布时间：2020-06-10 04:28

【摘要】：激冷水循环泵作为德士古加压水煤浆气化工艺主要设备对气化炉室内起降温增湿和维持室内液位等功能,其能否可靠的运行直接影响工艺系统的稳定性和安全性。引起机组不稳定的原因诸多,其中由叶轮周向压力分布不均产生径向力是主要因素之一。因此,针对激冷水循环泵采用导叶式压水室平衡径向力问题,开展导叶对激冷水循环泵径向力的研究,优化导叶参数,对有效降低激冷水循环泵运行风险具有重要的意义。本文采用数值模拟和试验验证相结合的方法,探究不同的导叶叶片数、导叶进口宽度和导叶与叶轮径向间隙对激冷水循环泵径向力的影响。本文的主要研究内容和结论如下：(1)通过定常和非定常数值模拟了无导叶螺旋形压水室与导叶式压水室在不同流量下的流场,分析作用在叶轮上径向力的变化规律。结果表明：无导叶螺旋形压水室受流量的影响比较大,偏离设计流量越大,其径向力合力和波动振幅较大,导叶式压水室在整个流量范围内径向力变化比较平坦,波动较小。说明导叶式压水室平衡径向力的效果较好。(2)对导叶叶片数5、6、7、8、9的导叶式压水室进行定常和非定常数值模拟,分析径向力随流量及时间的变化规律。结果表明：在整个流量范围内径向力随着叶片数的增加先减小后增大,叶片数为8时径向力保持较低水平；在设计流量叶片数8相对于叶片数5径向力减小了50%以上,相对于叶片数9减小了30%以上；叶片数5径向力合力及波动振幅较大,叶片数8较小。说明存在一个较优的导叶叶片数能够较好的改善叶轮受到的径向力。(3)基于较优导叶叶片数8不变,分别改变导叶进口宽度和导叶与叶轮径向间隙进行非定常数值模拟,分析其随时间变化对径向力的影响规律。结果表明：在小流量时,减小进口宽度可以改善叶轮受到的径向力,但瞬态径向力矢量变化较为剧烈；随着流量的增大,进口宽度越大,径向力合力和波动振幅越小；说明适当增大进口宽度能够改善大流量下叶轮受到的径向力。在小流量时径向力随着径向间隙的增加先增大后减小,且径向力矢量分布范围较宽；在设计流量和大流量时径向力随径向间隙的增加而增大；说明适当增大径向间隙,导叶式压水室平衡径向力的效果变差。
【图文】：

装配图,激冷,水循环,装配图

廉价的煤炭转化成为清洁煤气，由于其使用效率高、污染低等优点被广泛用于生逡逑产化工产品、煤的液化Ｗ及循环发电等领域［１－３］。由于德±巧气化炉肉工作温度逡逑比较高，工艺系统需采用激冷流程，如图１．１所示。激冷水经进口段管道流进激逡逑冷水循巧泉内，叶轮通过电机输入的能量旋转做功传给激冷水，经导叶螺旋线部逡逑分收集从叶轮流出的激冷水，进入扩散段后实现了动能向压力能的转化，并使激逡逑冷水速度的大小和方向都得Ｗ改变后再引入锅室，经锅室沿扩散管加压后送进气逡逑化炉室内。如图１．２所示，进入气化炉内的激冷水，一部分与气化炉内的合成气逡逑接触，对其降温增湿，另一部分保持气化炉内的激冷室液位稳定【４－６］。因此，激逡逑冷水循环泉作为水煤浆气化工艺重要的设备，对激冷水循环累在高温高压环境下逡逑能长周期安全可靠运行提出更高的要求。逡逑１－衬板２－导叶３－叶轮４－轴套５－累壳６－叶轮键７－聚盖组件８－轴逡逑９－机械密封１０－密封压盖组件１１－轴承座１２－轴承１３－锁紧螺母１４－联轴器逡逑图１．１激冷水循环累装配图逡逑Ｆｉｇ邋１．１邋Ｔ

曲线,径向力,流量系数

逡逑单蜗壳离屯、冢进行试验，研究了径向力与流量系数和转速的关系。由图１．４所示，，逡逑测试结果表明，随着流量系数的增加，Ｘ轴上的径向为呈现先减小，后增大的趋逡逑势，Ｙ轴上的径向力呈现减小的趋势，在流量系数０．１附近径向力接近为零［２４］。逡逑但Ｃｈａｍｉｅｈ得到的径向力与流量系数关系的曲线与Ｄｏｍｍ和Ｈｅｒｇｔ测量的结果逡逑有所差异，径向力数值偏大。另外由图１．４可知，转速对径向力也存在影响，但逡逑影响不大，规律性不明显。逡逑＆邋巧邋Ｉ邋邋—＇邋｜｜逦Ｉ逦？逦■逦？邋－＇邋？逡逑化＂－－＾邋－逡逑（Ｕ２－！煃抑＊化＊邋奋－逡逑＼Ａ巧口邋１化１１邋？邋，Ｌ邋一－－＊－逡逑化…＂逦＼、＾逦？化ＷＴ逦－逡逑＞邋Ｍ＼邋ＣＷ＂巧？化，逦逡逑－０．０２邋－邋＼逡逑＼逡逑－０．０４邋－逦＼逦＼逦？逡逑－化邋Ｍ邋－逦＼逦■逡逑－０．加－逦、气邋＼逡逑＂W'＂０逦０＾２＿—０６—■娭—ｏｉｉｏ—■而＿０＾４逡逑竟ｍ，逡逑图１．３径向力与流量系数关系比较逡逑Ｆｉｇ邋１．３邋Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ邋ｏｆ邋ｒａｄｉａｌ邋ｆｏｒｃｅ邋ｗｉｔｈ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｆｌｏｗ邋ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ逡逑江＂７逦Ｉ逦Ｉ邋Ｉ逦Ｉ邋Ｉ邋Ｉ逡逑４
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ545

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