[发明专利]一种饱和功率特性离心叶轮几何参数的迭代计算方法

说明书

本发明公开了一种饱和功率特性离心叶轮几何参数的迭代计算方法，它根据Stodola以势流理论导出的离心泵基本方程，当离心泵的水功率P达最大值时，反解出离心叶轮几何参数，此时设定叶轮旋转角速度及抽送介质重度为常数ω﹑γ，且叶轮通过的理论流量为给定设计点理论流量，叶轮产生的理论扬程为设计点给定理论扬程，其中在反解离心叶轮的几何参数时采用采用迭代求解的计算方法以保证叶轮几何参数的精确性。本发明通过函数极值分析运算及参数逐次逼近，获得了确保泵的最大输入功率工况点与叶轮设计点重合的叶轮几何参数的求解方法，叶轮在非设计点运行时输入功率都将小于设计点的对应值。

技术领域

本发明涉及离心叶轮设计领域，特别是一种饱和功率特性离心叶轮几何参数的迭代计算方法。

背景技术

离心泵是一类产量大﹑应用广泛的基础性通用产品。不同的用户对泵有不同的特性要求。在化工﹑冶金等行业的连续生产线上，因泵组故障而引起的生产线停产会造成巨大的经济损失，其用户往往更注重泵的运行可靠性。泵的输入功率是一个随通过泵的流量变化而变化的变量，当泵的流量偏离设计流量增大时，其输入功率也将非线性地增长，这一值超过配用电机额定功率后将引起电机超载运行而烧毁，这是生产实践中泵组失效的一常见原因。降低泵在所有运行工况下最大输入功率值成为提高泵组运行可靠性的基本举措，这是避免为泵配用大功率电机，造成电机可能长期在低效区运行的“大马拉小车”现象，或因配用电机额定功率仅能满足泵在部分工况需求而烧毁的根本方法。显然，最理想的结果是实现泵的输入功率最大值恰好在设计流量下发生。在泵的设计点，泵的水功率是由理论扬程、理论流量和抽送介质重度决定的一个确定量。当泵在偏离设计工况的其它任何工况点运行时，在泵的最大输入功率发生在设计工况点的条件下，泵的实际输入功率都将小于这一值，这样，只要泵的配用电机额定功率略大于泵在设计点的输入功率，泵组都将安全运行。泵的这种在设计点具有最大输入功率的特性称为泵的输入功率饱和特性。

还应说明，在任何工况下，泵的输入功率都将划分成两个部分。一部分为所占比重较小的机械损失功率，这是指泵内由于各处机械磨损而不可逆地转化为热能的那部分功率，机械损失的主要形式是叶轮圆盘摩擦损失。在泵的转速一定时，机械损失功率可视为一不随泵运行工况变化的常量。输入功率的主要部分为水功率，这是指叶轮在单位时间内对通过叶轮流量做的功。由于即使是圆盘摩擦损失不可低估的低比转速泵的机械损失也显著低于水功率，因而减小泵的最大输入功率的主攻方向应当是尽力降低泵的水功率。实现泵的输入功率的饱和特性就实现了泵的输入功率最小化的目标。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种与目前广泛使用的一般以提高叶轮在设计点效率为首要考虑的传统设计规范完全不同的饱和功率特性离心叶轮几何参数的迭代计算方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种饱和功率特性离心叶轮几何参数的迭代计算方法，它根据Stodola以势流理论导出的离心泵基本方程，当离心泵的水功率P达最大值时，反解出离心叶轮几何参数，此时设定叶轮旋转角速度及抽送介质重度为常数ω﹑γ，且叶轮通过的理论流量Q_d为给定设计点理论流量Q_Td，叶轮产生的理论扬程H_T为设计点给定理论扬程H_Td，其中在反解离心叶轮的几何参数时采用迭代求解的计算方法。

具体地，根据Stodola的离心泵基本方程导出，当水功率有最大值时：

理论扬程：

同时得到水功率：

由于假定叶轮几何参数及γ、ω是给定常数，上述方程表明，H_T和P分别是Q_T的一次及二次函数，现将上述式中的所含常数的两个组合值记为常数k和a，即令

可简化为：