液化天然氣潛液泵的水力設(shè)計(jì)研究及其樣機(jī)研發(fā)

【摘要】：近年來,清潔能源液化天然氣(LNG)在世界能源供應(yīng)中的比例迅速增加,成為全球增長最迅猛的石油化工產(chǎn)品之一。LNG在整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈中的轉(zhuǎn)移需要借助液化天然氣(LNG)潛液泵來實(shí)現(xiàn)。目前,國外幾家公司基本壟斷著LNG潛液泵的供應(yīng),若自主研制LNG潛液泵,則必須先對(duì)LNG潛液泵的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。本文以LNG加注站裝置中的LNG潛液泵為具體研究對(duì)象,在把握其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,分析、研究并總結(jié)設(shè)計(jì)方法,研制LNG潛液泵樣機(jī),旨在為今后LNG潛液泵的設(shè)計(jì)制造提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。全文的主要工作如下:一、LNG潛液泵主要過流部件的水力設(shè)計(jì)研究這部分重點(diǎn)分析和研究葉輪、誘導(dǎo)輪和導(dǎo)葉等主要過流部件的水力設(shè)計(jì)方法,兼顧泵的性能及結(jié)構(gòu)合理性,對(duì)葉輪、誘導(dǎo)輪、導(dǎo)葉進(jìn)行水力設(shè)計(jì)。葉輪設(shè)計(jì)采用基于一元設(shè)計(jì)理論的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法,針對(duì)LNG潛液泵的特點(diǎn),考慮液體流經(jīng)出液管段的水力損失來計(jì)算理論揚(yáng)程,以保證泵整機(jī)的揚(yáng)程。誘導(dǎo)輪的設(shè)計(jì)揚(yáng)程需根據(jù)葉輪的必需汽蝕余量來確定?？紤]到計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)方法可以仿真泵內(nèi)的空化流動(dòng),本文通過數(shù)值實(shí)驗(yàn)方法來確定葉輪的必需汽蝕余量,并綜合考慮性能的要求和結(jié)構(gòu)的合理性,確定誘導(dǎo)輪的幾何參數(shù)。導(dǎo)葉采用了一種特殊的結(jié)構(gòu),其優(yōu)點(diǎn)是可有效減小泵的徑向尺寸。由于這種導(dǎo)葉尚無確定的設(shè)計(jì)方法,本文借鑒徑向?qū)~的設(shè)計(jì)方法,確定LNG潛液泵導(dǎo)葉的幾何參數(shù),并通過數(shù)值方法研究導(dǎo)葉進(jìn)口喉部寬度和折轉(zhuǎn)角對(duì)泵水力性能的影響,發(fā)現(xiàn)進(jìn)口喉部寬度對(duì)泵揚(yáng)程和效率影響較大,且存在最優(yōu)值,而進(jìn)口折轉(zhuǎn)角對(duì)泵揚(yáng)程和效率則影響較小。二、LNG潛液泵水力性能和空化性能預(yù)測(cè)本文在水力設(shè)計(jì)完成后,通過數(shù)值模擬的方法預(yù)測(cè)泵的水力和空化性能,并對(duì)泵內(nèi)的流動(dòng)和空化特征進(jìn)行分析。水力性能預(yù)測(cè)時(shí),將LNG潛液泵的所有過流區(qū)域作為計(jì)算域,在不同流量下計(jì)算LNG潛液泵的性能參數(shù);空化性能預(yù)測(cè)時(shí),計(jì)算域則主要包括誘導(dǎo)輪和一級(jí)葉輪的過流部分,分別在等溫和考慮熱力學(xué)效應(yīng)情況下進(jìn)行空化數(shù)值模擬,分析熱力學(xué)效應(yīng)對(duì)低溫空化的影響。結(jié)果表明:預(yù)測(cè)的潛液泵水力性能可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求,流量-揚(yáng)程曲線在小流量工況較為平坦,大流量工況下降較快,且泵的高效率區(qū)較寬。低溫液體熱力學(xué)效應(yīng)對(duì)泵的空化性能影響顯著,考慮熱力學(xué)效應(yīng)計(jì)算的泵必需汽蝕余量比等溫情況下計(jì)算的值要小。三、LNG潛液泵樣機(jī)研制及試驗(yàn)在LNG潛液泵樣機(jī)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,研制LNG潛液泵樣機(jī),以液氮為介質(zhì),分別針對(duì)現(xiàn)有相同設(shè)計(jì)參數(shù)的進(jìn)口LNG潛液泵和新研制的LNG潛液泵進(jìn)行性能試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明新研制的LNG潛液泵運(yùn)行正常,其效率在小流量工況時(shí)低于進(jìn)口泵,大流量時(shí)高于進(jìn)口泵,且高效率區(qū)更寬,這將有利于該泵的實(shí)際應(yīng)用。 【關(guān)鍵詞】：LNG潛液泵 誘導(dǎo)輪 導(dǎo)葉 CFD 低溫液體空化
【學(xué)位授予單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TE974.1
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 緒論12-16
• 1.1 研究背景及意義12-13
• 1.2 LNG潛液泵發(fā)展及研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3 論文的主要研究內(nèi)容15-16
• 第二章 LNG潛液泵主要過流部件的水力設(shè)計(jì)16-50
• 2.1 泵的整體結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)要求16-17
• 2.2 水力設(shè)計(jì)方法和數(shù)值分析方法17-31
• 2.2.1 葉輪的水力設(shè)計(jì)方法17-20
• 2.2.2 誘導(dǎo)輪的水力設(shè)計(jì)方法20-23
• 2.2.3 導(dǎo)葉的水力設(shè)計(jì)方法23-27
• 2.2.4 本文涉及的數(shù)值分析方法27-31
• 2.3 LNG潛液泵水力模型設(shè)計(jì)31-49
• 2.3.1 葉輪水力設(shè)計(jì)31-32
• 2.3.2 誘導(dǎo)輪水力設(shè)計(jì)32-41
• 2.3.3 導(dǎo)葉水力設(shè)計(jì)41-48
• 2.3.4 其他導(dǎo)流部件48-49
• 2.4 本章小結(jié)49-50
• 第三章 LNG潛液泵性能預(yù)測(cè)50-61
• 3.1 整體水力性能預(yù)測(cè)50-54
• 3.1.1 計(jì)算幾何模型及邊界條件50-51
• 3.1.2 結(jié)果分析51-54
• 3.2 空化性能預(yù)測(cè)54-59
• 3.2.1 計(jì)算幾何模型及邊界條件54-56
• 3.2.2 結(jié)果分析56-59
• 3.3 本章小結(jié)59-61
• 第四章 LNG潛液泵研制及試驗(yàn)61-68
• 4.1 LNG潛液泵樣機(jī)試制61-64
• 4.1.1 低溫材料選取61-62
• 4.1.2 制造工藝選取62-64
• 4.2 LNG潛液泵試驗(yàn)測(cè)試臺(tái)搭建64-65
• 4.3 LNG潛液泵試驗(yàn)研究65-67
• 4.3.1 試驗(yàn)步驟65-66
• 4.3.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)說明66
• 4.3.3 試驗(yàn)結(jié)果66-67
• 4.4 本章小結(jié)67-68
• 第五章 總結(jié)與展望68-70
• 5.1 總結(jié)68-69
• 5.2 展望69-70
• 參考文獻(xiàn)70-74
• 作者在攻讀碩士學(xué)位期間公開發(fā)表的論文74-75
• 致謝75

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