液力透平水力性能的理論研究及其壓力脈動計算.pdf

1、在石油、化工生產(chǎn)工藝流程中常常需要利用液力透平對高壓流體進行降壓處理，目前國內(nèi)外主要利用離心泵反轉(zhuǎn)作液力透平，也有一些專門的液力透平。當(dāng)離心泵反轉(zhuǎn)作液力透平時主要存在液力透平的效率低、運轉(zhuǎn)時穩(wěn)定性較差等問題。分析其原因主要有：其一，雖然目前已有很多關(guān)于離心泵用作液力透平的換算關(guān)系，但這些換算關(guān)系是通過三種形式得到，分別是推導(dǎo)、數(shù)值模擬和試驗，其結(jié)果相差較大。分析其原因是液力透平大部分為低比轉(zhuǎn)數(shù)，而大部分低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵通常采用加大流量的方

2、法進行設(shè)計，不同的設(shè)計者選取的放大系數(shù)是不同的，已有的這些換算關(guān)系并沒有考慮放大系數(shù)的影響，導(dǎo)致用離心泵反轉(zhuǎn)作液力透平時的換算關(guān)系和實際相差較大，從而使所選擇的液力透平效率較低；其二，當(dāng)離心泵用作液力透平時液力透平是按照泵的設(shè)計方法進行設(shè)計的，并沒有專門針對泵反轉(zhuǎn)的工況進行設(shè)計，所以當(dāng)離心泵直接用作液力透平時蝸殼、液力透平葉輪進出口角等不適應(yīng)透平工況，導(dǎo)致透平效率較低；其三，由于液力透平向心葉輪葉片數(shù)較少，葉輪內(nèi)存在較大的滑移現(xiàn)象，且滑

3、移系數(shù)是準(zhǔn)確預(yù)測液力透平性能的重要因素之一，但目前關(guān)于液力透平向心葉輪內(nèi)滑移的研究還沒有相關(guān)文獻報道；其四，壓力脈動作為影響液力透平穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的因素之一，很少有關(guān)于如何降低液力透平內(nèi)壓力脈動的研究。針對上述存在的問題，本文的主要工作有：
　　1.推導(dǎo)了含有流量放大系數(shù)的離心泵用作液力透平的換算關(guān)系，并進行了實驗驗證。
　　2.提出了液力透平向心葉輪進出口安放角的計算方法、葉輪進出口直徑的計算方法和葉輪進口寬度的計算方法。

4、>　　3.推導(dǎo)了液力透平向心葉輪出口滑移系數(shù)的計算公式，并進行了實驗驗證，最后分析了向心葉輪出口滑移系數(shù)的影響因素。
　　4.研究了蝸殼進口截面面積對液力透平外特性、流場分布、速度矩、葉輪所受徑向力和各過流部件內(nèi)壓力脈動的影響。
　　5.研究了液力透平向心葉輪進口前有無導(dǎo)葉和不同導(dǎo)葉數(shù)對液力透平外特性、流場分布、葉輪所受徑向力和各過流部件內(nèi)壓力脈動的影響。
　　本文的創(chuàng)造性成果有：
　　1.通過對流量放大系數(shù)對離

5、心泵用作液力透平換算關(guān)系影響的研究，剔除了流量放大系數(shù)對離心泵用作液力透平換算關(guān)系計算結(jié)果的影響，并提出了含有流量放大系數(shù)的離心泵用作液力透平的換算關(guān)系。
　　2.得到了液力透平向心葉輪進出口安放角的計算方法、向心葉輪進出口直徑的計算方法和向心葉輪進口寬度的計算方法。
　　3.當(dāng)假設(shè)葉片工作面上的誘導(dǎo)速度與向心葉輪出口邊上的誘導(dǎo)速度的比值等于葉片和渦心所張曲邊三角形的面積與葉輪出口邊和渦心所張曲邊三角形的面積之比時得到的液力

6、透平向心葉輪出口滑移系數(shù)的計算公式最準(zhǔn)確；且在研究液力透平向心葉輪內(nèi)的滑移時，只需考慮葉輪出口的滑移；影響液力透平向心葉輪出口滑移系數(shù)的因素有：葉輪進出口直徑、葉片進出口安放角和葉片數(shù)。
　　4.當(dāng)離心泵用作液力透平時為了使液力透平能夠較穩(wěn)定的運行，需適當(dāng)減小液力透平進口截面面積。
　　5.在液力透平葉輪進口未加導(dǎo)葉時葉輪和尾水管內(nèi)的液流流動較為紊亂，而添加導(dǎo)葉后葉輪和尾水管內(nèi)流動多為均勻流動，且導(dǎo)葉數(shù)越多蝸殼內(nèi)速度變化越小

7、；液力透平葉輪進口前添加導(dǎo)葉可有效降低葉輪所受徑向力。
　　6.隨著導(dǎo)葉數(shù)的增加，蝸殼內(nèi)的最大脈動幅值逐漸減?。晃醇訉?dǎo)葉時葉輪內(nèi)的壓力脈動幅值主要受葉輪動靜相互干涉作用和葉輪內(nèi)的渦流以及脫流等現(xiàn)象的影響，而添加導(dǎo)葉后葉輪內(nèi)的壓力脈動幅值主要受葉輪動靜相互干涉作用的影響；未加導(dǎo)葉時尾水管進口壓力脈動呈無規(guī)律變化，而添加導(dǎo)葉后尾水管進口的壓力脈動數(shù)等于葉輪葉片數(shù)，其壓力脈動幅值主要受葉輪動靜相互干涉作用的影響，而位于尾水管下游的壓力脈