[发明专利]一种离心泵叶轮口环间隙泄漏量的仿真估算方法

说明书

本发明提供了一种离心泵叶轮口环间隙泄漏量的仿真估算方法，包括绘制离心泵内部水体三维装配图、分隔并标记接触面，计算获得与叶轮口环间隙相接触的零件的接触面上的压力分布，计算获得叶轮口环间隙泄漏流量仿真值和进出口面之间的平均压力差值，计算该叶轮口环间隙的阻力系数以及计算该叶轮口环间隙的泄漏流量估算值等步骤，该方法科学合理、计算量小、准确度高、应用方便。

技术领域

本发明涉及离心泵领域，特别涉及一种离心泵叶轮口环间隙泄漏量的仿真估算方法。

背景技术

离心泵广泛应用与国民经济和居民生活的各个领域，其运行过程耗费了大量的能量，故节能降耗是离心泵技术领域最重要的主题之一，而设计高效率的水力模型是提高离心泵效率最为关键的途径之一。当前，人们普遍使用计算流体力学仿真的方法辅助离心泵水力模型的优化设计。离心泵的运行效率是水力效率、容积效率和机械效率三者的乘积，其中水力效率可通过离心泵内部全流体区域的计算流体力学仿真分析实现较为准确的预测；机械效率主要取决于离心泵主轴与电机之间的传动效率以及离心泵各部件之间的机械摩擦损失，机械效率的值与离心泵水力模型之间的关系很小；而容积效率则与离心泵叶轮和口环之间的泄漏流量大小密切相关。

在离心泵设计阶段，根据水力模型设计方案，预测不同流量工况下离心泵叶轮和口环之间的泄漏流量大小进而获得相应的容积效率值，对于离心泵效率优化至关重要。当前公知的技术方案中，主要是通过经验公式或者计算流体力学仿真的方式来预测离心泵叶轮和口环之间间隙(叶轮口环间隙)的泄漏流量大小。然而，经验公式的预测精度有限，且设计的离心泵及口环零件的结构型式未必符合经验公式的适用范围。计算流体力学仿真的方式则需要绘制包括离心泵内部水体吸水室、压水室、叶轮区域和叶轮口环间隙在内的三维装配体，划分网格并进行数值计算。由于通常叶轮口环间隙尺寸很小，故网格划分时需要对这部分区域设置很小的网格尺寸；而为了网格的过渡顺畅和整体协调以保证数值计算精度，对叶轮口环间隙附近其他的主流区域也需要设置较小的网格尺寸，这不但带来网格划分的困难，而且造成整个计算区域的网格数目十分巨大，带来计算量的显著上升，不符合离心泵水力模型的快速优化设计需要。

因此，如何在保证一定的计算精度的前提下，较为快速地估算离心泵叶轮口环间隙的泄漏量大小，是一个亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种科学合理、计算量小、准确度高、应用方便的离心泵叶轮口环间隙泄漏量的仿真估算方法。

本发明解决上述问题的技术方案是：

一种离心泵叶轮口环间隙泄漏量的仿真估算方法，用于结合计算机仿真分析估算特定输送流量下离心泵叶轮和口环之间间隙的泄漏流量，包括以下步骤：

步骤(1)、绘制离心泵内部水体三维装配图，分隔并标记与叶轮口环间隙相接触的零件的接触面：

绘制包括吸水室、压水室、叶轮区域以及叶轮口环间隙在内的离心泵内部水体三维装配图，并针对与叶轮口环间隙相接触的零件，在这些零件上分隔并标记这些零件与叶轮口环间隙之间的接触面；

步骤(2)、在忽略叶轮口环间隙的情况下，使用计算流体力学软件计算获得与叶轮口环间隙相接触的零件的接触面上的压力分布：

针对步骤(1)绘制的三维装配图，去除叶轮口环间隙零件，划分网格，使用计算流体力学软件工具进行离心泵内部全流动区域的仿真计算，获得特定输送流量下与叶轮口环间隙相接触的零件的接触面上的压力分布数据矩阵；

步骤(3)、针对需估算泄漏量的某一叶轮口环间隙，选取步骤(2)获得的相应压力分布数据矩阵作为其进出口边界条件信息，使用计算流体力学软件计算获得其泄漏流量仿真值Q_n和进出口面之间的平均压力差值ΔP：