一种适用于多级离心泵光滑口环的动力学性能确定方法
【专利摘要】本发明提供一种适用于高压多级离心泵光滑口环的动力学性能确定方法，所述动力学性能确定方法基于短密封理论与有限长理论，所述动力学性能确定方法包括如下步骤：步骤一，利用长度测量工具确定所求高压多级离心泵叶轮口环的结构参数，并确定离心泵的操作工况；步骤二，建立连续性方程、周向动量方程与轴向动量方程所组成的控制方程组；步骤三，对上述控制方程组进行无量纲简化并利用摄动法求取原方程组关于摄动量的一阶与零阶摄动形式的差值方程组；步骤四，利用打靶法对简化后无量纲差值方程组进行求解，并最终确定出高压多级离心泵口环的动特性系数的大小。本发明用于高压多级离心泵口环动力学性能的确定，适用范围更广，计算所得结果更精确。
【专利说明】一种适用于多级离心泵光滑口环的动力学性能确定方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及动力学性能确定领域，本发明更具体地涉及一种适用于多级离心泵光滑口环的动力学性能确定方法。
【背景技术】
[0002]现有的高压多级离心泵光滑口环的动力学性能确定大多依靠传统的短密封方法或利用计算流体力学软件来进行。短密封求解方法在求解过程中忽略了靠近两侧面的切向速度，对密封内流体运动方程进行了简化程度较大，在求解长径比大于0.25的口环密封时具有较大局限性；计算流体力学软件分析方法对于工程计算人员的要求较高，需要建模、求解等多个步骤，且湍流模型的选取具有较强的专业性，计算周期长。
【发明内容】
[0003]本发明目的在于提供一种高压多级离心泵光滑口环的动力学性能确定方法，所述方法包括如下步骤:步骤一，利用长度测量工具确定所求高压多级离心泵叶轮口环的结构参数，并确定离心泵的操作工况；步骤二，建立连续性方程、周向动量方程与轴向动量方程所组成的控制方程组；步骤三，对上述控制方程组进行无量纲简化并利用摄动法求取原方程组关于摄动量的一阶与零阶摄动形式的差值方程组；步骤四，利用打靶法并结合实际收敛准则对简化后无量纲差值方程组进行求解，并最终确定出高压多级离心泵口环动特性系数的大小
[0004]依据本发明的高压多级离心泵光滑口环的动力学性能确定方法可以准确计算长径比小于0.5的高压多级离心泵叶轮口环不同工况(不同工况指的是针对同一个泵的不同转速及不同扬程泵)下动力学特性系数。且能够较为准确地求取光滑密封转子系统的动态特性系数，该方法适用范围较广，所需计算资源较小，工程应用价值较大。
[0005]同时，依据本发明的高压多级离心泵光滑口环的动力学性能确定方法可以运用于对输送液体介质的高压多级离心泵运行稳定性进行评估，通过计算相关的动态特性系数可以判断在额定工况下此高压多级离心泵的轴系与一阶湿临界转速的关系，进而判断轴系是否在可控余量内稳定安全运行，可以提高压多级离心泵的运行安全与稳定性。
[0006]而且，依据本发明的高压多级离心泵光滑口环的动力学性能确定方法适用于光滑转子密封系统的不同几何尺寸及所有工况，根据不同的操作工况或结构参数可以通过求解方法计算得到相应的动态特性系数。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1为依据本发明的本发明高压多级离心泵光滑口环的动力学性能确定方法的流程框图。
【具体实施方式】[0008]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明而不是对本发明的限制。
[0009]附图1是依据本发明的本发明高压多级离心泵光滑口环的动力学性能确定方法的流程框图。下面结合附图1对本发明做进一步说明。
[0010]本发明适用于不同几何尺寸的光滑转子密封系统在所有工况下的动力学特性系数的计算，本实例选取某光滑密封转子在其额定工况下进行计算，转子密封系统的结构参数:
[0011]Cr=0.1905mm, R=0.0762m, L=0.0762mm
[0012]其中，Cr表示密封间隙，R表示密封处的转子内径，L表示密封作用长度。
[0013]转子密封系统的操作工况:w=3600r/min; Δρ=3.44MPa;
[0014]介质属性:μ=1.295Χ l(T3Ns/m2; P =1000kg/m3;
[0015]步骤二，建立控制体模型的控制方程组:
[0016]控制体周向动量方程:
【权利要求】
1.一种高压多级离心泵光滑口环的动力学性能确定方法，所述方法包括如下步骤: 步骤一，利用长度测量工具确定所求高压多级离心泵叶轮口环的结构参数，并确定离心泵的操作工况； 步骤二，建立连续性方程、周向动量方程与轴向动量方程所组成的控制方程组； 步骤三，对上述控制方程组进行无量纲简化并利用摄动法求取原方程组关于摄动量的一阶与零阶摄动形式的差值方程组； 步骤四，利用打靶法并结合实际收敛准则对简化后无量纲差值方程组进行求解，并最终确定出高压多级离心泵口环动特性系数的大小。
2.根据权利要求1所述的高压多级离心泵光滑口环的动力学性能确定方法，其特征在于所述方法适用于长径比小于等于0.5的高压多级离心泵叶轮口环在任一工况下的动特性确定。
3.根据权利要求1所述的高压多级离心泵光滑口环的动力学性能确定方法，其特征在于，所述步骤二中，控制体方程组是由控制体的轴向、周向动量方程及连续性方程组成的，具体形式为: 周向动量方程:
4.根据权利要求1所述的高压多级离心泵光滑口环的动力学性能确定方法，其特征在于，所述步骤三中，无量纲处理后控制方程组为:
5.根据权利要求1所述的高压多级离心泵光滑口环的动力学性能确定方法，其特征在于，所述步骤三中，引入轴涡动状态下扰动位移为摄动量，并分别表示口环内流体的周向、轴向速度、压力及间隙值的关于此摄动量的零阶与一阶形式，进而得到原无量纲方程组关于此摄动量的一阶与零阶形式的差值方程组:
6.根据权利要求1所述的高压多级离心泵光滑口环的动力学性能确定方法，其特征在于，所述步骤四中，采用打靶法求取原差值控制方程组在其边界收敛条件下的数值解并拟合完成其解析解表达式。求解过程中，采用牛顿初值改进方法，首先对原差值方程组关于ζ整体求导，求取该导数方程组的数值解，导数方程组简化形式如下:
7.根据权利要求1所述的高压多级离心泵光滑口环的动力学性能确定方法，其特征在于，所述步骤四中，所得高压多级离心泵口环动特性系数的计算表达式为:
【文档编号】F04D15/00GK103629120SQ201310646988
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年12月4日 优先权日:2013年12月4日
【发明者】邢桂坤, 翟璐璐, 姚德群, 王乐勤, 杨宇宸, 宋少光, 邵晨, 吴大转, 张一兵, 李玉龙 申请人:中国寰球工程公司, 浙江大学