低比转速LNG潜液泵准三元水力设计及性能分析

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1、中图分类号：TH311单位代码：11414学号：2013214051题目低比转速LNG潜液泵准三元水力设计及性能分析学科专业热能工程研究方向流体与动力机械设计及理论硕士生许聪指导教师张永学教授入学时间：二〇一三年九月论文完成时间：二〇一六年五月硕士学位论文独创性声明郑重声明：本硕士学位论文是作者个人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他个人和集体已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得中国石油大学或者其它单位的学位或证书所使用过的材料。对本研究做出贡献的个人和集体，均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。作者和导师完全意识到本

2、声明产生的法律后果并承担相应责任。作者签名：日期：导师签名：日期：硕士学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解中国石油大学（北京）学位论文版权使用的有关规定，使用方式包括但不限于：学校有权保留并向有关部门和机构送交学位论文的复印件和电子版；允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文；可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索。本学位论文属于保密范围，保密期限0年，解密后适用本授权书。本学位论文作者如需公开出版学位论文的部分或全部内容，必须征得导师书面同意，且须以中国石油大学（北京）为第一

3、署名单位。作者签名：日期：导师签名：日期：-I-摘要摘要本文基于水力机械准三元流动理论自编程序完成了低比转速LNG潜液泵诱导轮和叶轮的水力设计，采用相同的进口段、蜗壳和出口段以及诱导轮结构，分别对装配有二元理论设计叶轮和准三元理论设计叶轮的两个低比转速LNG潜液泵进行了全流道水力性能和空化性能的数值模拟和对比分析。准三元水力设计方法以二元理论设计的初始叶轮进行S1和S2流面迭代计算，通过给定提升叶片抗汽蚀性能的“S”型速度矩分布规律迭代求解平均S2流面骨线微分方程和S2流面环量微分方程进行叶片绘型。对准三元水力设计的LNG潜液泵进行全流道湍流数值模拟，结果表明：准三元水力设计的泵在设计

4、工况下扬程为281.10m，高出设计要求9.8%，在0.6Q0~1.4Q0流量范围内效率在65.51%~75.61%之间，效率曲线在大流量工况下高效区较宽但在小流量工况下效率低于装配二元理论设计叶轮的泵；在0.9Q0、1.0Q0、1.1Q0三个工况，准三元设计的LNG潜液泵扬程下降3%时的临界空化点NPSH3%分别为1.69m，2.54m和3.11m，二元设计的的临界空化点NPSH3%分别为2.53m，3.34m和3.97m，准三元设计的泵相比二元设计泵空化性能有了明显提升。对准三元设计的LNG潜液泵叶轮表面进行BVF诊断，发现二级叶轮叶片吸力面中部存在大块的正、负BVFz峰值交替区域

5、，且对应轴截面叶轮流道吸力面存在较大的轴向旋涡。利用软件BladeGen对叶片型线局部安放角进行调整，结果表明通过较小的局部安放角调整可以改善流道内流场分布，在设计工况，改进的泵扬程为283.66m，提高了0.55%，效率为75.62%，提高了0.41%。关键词：LNG潜液泵；准三元水力设计；空化性能；BVF诊断；叶型改进-II-ABSTRACTQuasi-threeDimensionalHydraulicDesignandPerformancePredictionofLowSpecificSpeedLNGSubmergedPumpABSTRACTInthisstudy,theindu

6、cerandimpelleroflowspecificspeedLNGsubmergedpumpwasdesignedbythequasi-3DhydraulicdesignprogrambasedontheS1andS2relativestreamsurfacestheory.Moreover,inordertoanalyzethehydraulicperformanceandthecavitationperformance,steadynumericalsimulationofthedesignedpumpandthecontrastpumpwasconducted.Thedesi

7、gnedpumpwasequippedwiththeimpellerandinducerdesignedbyquasi-3Dhydraulicdesignmethodandthecontrastpumpwasequippedwiththesameflowcomponentsexceptthetwostageimpellersdesignedbytwo-dimensiontheory.Inthequasi-3Dhydraulicdesign,th