提升多级离心凝结水泵设计点扬程的方法技术

本发明专利技术公开了一种提升多级离心凝结水泵设计点扬程的方法。本发明专利技术先利用原型泵的性能参数验证凝结水泵的1:1数值结果，不断地提高网格质量、改进边界条件与初始条件来获得与试验性能相一致的数值全流场信息，再重点分析首级导叶叶片附近区域的流场结构与分布。针对凝结水泵入口段复杂流态下导叶特有地流动状态结合数值计算结果，优化设计导叶叶片进口角及导叶叶片型线。在利用CFD技术的基础上与用传统方法优化凝结水泵相比，本发明专利技术更进一步的缩短开发周期降低研发成本。且修改后的凝结水泵扬程有了较大的提升且泵效率基本不受影响。

Method for lifting head of design point of multi-stage centrifugal condensate pump

The invention discloses a method for raising the design head lift of a multi-stage centrifugal condensate pump. The invention first verifies the 1:1 numerical results of the condensate pump by using the performance parameters of the prototype pump, continuously improves the grid quality, improves the boundary conditions and the initial conditions to obtain the numerical full flow field information consistent with the experimental performance, and then focuses on the analysis of the flow field structure and distribution in the region near the first guide vane. The inlet angle and blade profile of the guide vane were optimized according to the special flow state of the guide vane in the complex flow regime of the inlet section of the condensate pump. Compared with the traditional method for optimizing the condensate pump, the invention further shortens the development cycle and reduces the research and development cost. Moreover, the lift of the modified condensate pump has been greatly improved and the pump efficiency is basically unaffected.

【技术实现步骤摘要】
提升多级离心凝结水泵设计点扬程的方法
本专利技术涉及一种优化水泵性能的方法，具体的说是一种提升多级离心凝结水泵设计点扬程的方法，属于流体机械领域。
技术介绍
近年来随着CFD(计算流体力学)技术在泵领域的广泛应用，用CFD对泵体的流场分析和优化设计也比较成熟。对水泵的流场分析及优化设计中CFD技术相对于传统方法能够缩短开发周期、节约研发成本，为优化系列产品提供理论依据，通过泵的水力优化设计，提升水泵的整体性能，延长使用寿命、降低维修成本。作为一种大功率离心泵，凝结水泵在热力发电厂中用于输送凝结水、实现汽水循环、保证连续给水，是火电热力系统三大辅机中最为重要的辅机。其中凝结水泵的设计点扬程对输送凝结水是否达到整体系统要求起到至关重要的作用，泵设计点扬程不足会严重影响凝结水的输送从而影响循环系统的工作导致发电机组无法正常运行。在不同的火电热力系统中对凝结水泵设计点的性能要求也会有不同，当标准规格的凝结水泵无法满足实际需要时，如何在保证甚至提升泵总效率水平的情况下通过水力优化来提高设计点扬程，同时又能兼顾制造成本是目前丞待解决的问题。为解决这个问题，本专利技术通过对凝结水泵的关键局部结构进行结构优化，来有效提升凝结水泵的整体性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对目前尚未有采用CFD结合凝结水泵性能测试，对凝结水泵进行优化改造，提供了一种融合数值和实验手段提升凝结水泵设计点扬程的方法。凝结水泵结构优化改造的传统方法是更改诱导轮或者多级叶轮，并需要相应更改导叶，这种修改多种零件的设计工作量较大，并且需要重新加工被改造零件的模具，优化改造周期更长成本也相应地提高，导叶叶片进口角和型线优化改造后的模型已经使凝结水泵的扬程有了很大的提升。因此本专利技术不需对诱导轮以及叶轮做改动，只对凝结水泵导叶叶片的进口角及型线进行优化改造便可以提升凝结水泵扬程。为实现上述专利技术目的，本专利技术方法是先利用原型泵的性能参数验证凝结水泵的1:1数值结果，不断地提高网格质量、改进边界条件与初始条件来获得与试验性能相一致的数值全流场信息，再重点分析首级导叶叶片附近区域的流场结构与分布。针对凝结水泵入口段复杂流态下导叶特有地流动状态结合数值计算结果，优化设计导叶叶片进口角及导叶叶片型线。导叶进口角处具体优化为：调整导叶叶片头部与来流方向之间的冲角为正冲角Δβ。导叶叶片型线具体优化为：在导叶叶片与轮毂交线的平面展开图中导叶叶片优化后相对于优化前的变化为，叶片整体位置沿导叶轴线向导叶进口方向平移Δx1，叶片型线两端间的连接直线长度不变，叶片型线两端间的连接直线与水平参考线之间的夹角减小Δθ，叶片型线上距两端间连接直线的最大垂直距离处沿导叶轴线向导叶进口方向平移了Δx2，叶片型线距两端间连接直线的最大垂直距离增加了ΔL。所述的正冲角Δβ范围3°～15°。所述的平移距离Δx1大于等于0，小于叶片型线两端连接直线的1/10，Δx2大于等于Δx1，小于叶片型线两端连接直线的1/5。所述的夹角变化量Δθ大于0°，小于5°。所述的垂直距离变化量ΔL大于0，小于叶片型线两端连接直线的1/5。本专利技术具有的增益效果是：1、本专利技术只对凝结水泵导叶叶片进口角以及叶片型线进行优化不对水泵其它位置做出修改，七个导叶相同避免不同模具加工达到节约成本的目的，相对于以往修改凝结水泵叶轮的修改情况，本专利技术大大缩减优化成本并减少了工作量和优化周期。在利用CFD技术的基础上与用传统方法优化凝结水泵相比，本专利技术更进一步的缩短开发周期降低研发成本。2、本专利技术将导叶叶片头部与来流方向之间夹角调整为合适范围的正冲角，导叶叶片与导叶轮毂交线平面展开的曲线曲率结合流体流动轨迹进行适当的调整，对凝结水泵的优化改造更易实现。从导叶叶片优化改造后的数值计算结果分析，导叶修改后凝结水泵扬程有了较大的提升且泵效率基本不受影响。3、对凝结水泵应用数值分析的方法可以全面深入的了解水泵存在的问题，进而优化改造的过程中对其进行修正，使得凝结水泵在运行过程中避免不必要的能量损失实现节能减排。附图说明图1是凝结水泵的整体结构示意图及局部视图；图2是导叶原型叶片及叶片优化后分别与轮毂交线的平面展开对比图；图3是优化后数值计算结果与优化前数值计算结果和优化前试验结果的性能曲线对比图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做进一步详述。根据图1所示的结构用3D建模软件对凝结水泵进行建模，然后再利用网格划分软件对建模后的结构进行全结构化网格划分，最后用数值计算软件对整个流体域内的流动进行数值计算。对数值计算结果进行分析，针对流场中流动存在问题的部位根据理论并结合前人的改造经验进行优化改造。图1中1是导叶整体结构即导叶轮缘、轮毂和导叶叶片，3是导叶的轮毂和导叶叶片，4是导叶叶片修改前后对比，实线为修改前叶片虚线是修改后叶片，本专利技术优化的是图1中4的叶片进口角及叶片型线，不需要对叶轮2进行修改。导叶叶片优化后的相对于优化前的变化如图2所示，优化前叶片型线b，优化后叶片型线b′；导叶叶片整体以叶片进口部位a为参考点沿导叶轴线向导叶进口方向平移了Δx1至a′，叶片型线两端间连接直线e的长度ad等于e′的长度a′d′，e与水平线之间的夹角θ减小了Δθ得到e′，叶片型线b上距e最大垂直距离处c沿导叶轴线向导叶进口方向平移Δx2得到叶片型线b′上距e′最大垂直距离处c′，b距e的最大垂直距离L也因此增加了ΔL得到b′距e′的最大垂直距离L′，各处修改完成后将导叶叶片型线微调成流畅线型。平移距离Δx1大于等于0，小于叶片型线两端连接直线的1/10，平移距离Δx2大于等于Δx1，小于叶片型线两端连接直线的1/5。夹角θ的变化量Δθ大于0°，小于5°。垂直距离L变化量ΔL大于0，小于叶片型线两端连接直线的1/5。将叶片优化前数值计算结果与原型泵试验数据对比用以验证所采用的数值模型来模拟实验是可行的，以及对优化改造后的模型进行数值计算，如图3所示，优化后数值计算结果与优化前数值计算结果和优化前试验结果对比，凝结水泵优化前后效率基本不变的情况下，水泵优化后在各个流量点的扬程均有较大提升，优化后各流量点计算扬程相对于优化前计算扬程平均提升21.9m，预测导叶叶片优化后泵的扬程会有较大的提升。本专利技术基于数值计算提升凝结水泵设计点扬程的方法提供了一种新型的优化方案，相对于传统方法能够缩短开发周期、节约产品研发成本并且为优化系列产品提供了依据达到了延长凝结水泵使用寿命的目的。采用本专利技术中的优化方法能够更为全面、更加科学的对凝结水泵进行分析，并能够直观的观察试验过程。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.提升多级离心凝结水泵设计点扬程的方法，其特征在于：优化设计导叶叶片进口角及导叶叶片型线；导叶叶片进口角具体优化为：调整导叶叶片头部与来流方向之间的冲角为正冲角Δβ；导叶叶片型线具体优化为：在导叶叶片与轮毂交线的平面展开图中，导叶叶片优化后相对于优化前的变化为：叶片整体位置沿导叶轴线向导叶进口方向平移Δx1，叶片型线两端间的连接直线长度不变，叶片型线两端间的连接直线与水平参考线之间的夹角减小Δθ，叶片型线上距两端间连接直线的最大垂直距离处沿导叶轴线向导叶进口方向平移了Δx2，叶片型线距两端间连接直线的最大垂直距离增加了ΔL。

【技术特征摘要】
1.提升多级离心凝结水泵设计点扬程的方法，其特征在于：优化设计导叶叶片进口角及导叶叶片型线；导叶叶片进口角具体优化为：调整导叶叶片头部与来流方向之间的冲角为正冲角Δβ；导叶叶片型线具体优化为：在导叶叶片与轮毂交线的平面展开图中，导叶叶片优化后相对于优化前的变化为：叶片整体位置沿导叶轴线向导叶进口方向平移Δx1，叶片型线两端间的连接直线长度不变，叶片型线两端间的连接直线与水平参考线之间的夹角减小Δθ，叶片型线上距两端间连接直线的最大垂直距离处沿导叶轴线向导叶进口方...

【专利技术属性】
技术研发人员：包福兵，邓向龙，凃程旭，尹招琴，张凯，孔明，张光学，高晓燕，许骁，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33