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加氢反应进料泵是千万吨炼油加氢裂化生产装置中的关键设备,国外进口不仅价格昂贵,且备件进口渠道不畅和交货期长,使得设备的维修维护等困难,严重影响生产。本着节能、科技支撑、经济效益和重大装备国产化的原则,研制开发具有我国自主产权的加氢进料泵产品,使之能够替代进口,具有较高的社会和经济价值。
本文按照从整体-局部-整体的设计思路,首先对加氢进料泵的整体结构进行了设计选择,其结构应满足高温、高压、冲蚀、汽液等苛刻使用条件,本文对加氢进料泵整体结构采用了导叶分段式外加筒形壳体的双壳体结构形式,提高了泵运行时的可靠性和安全性。
依据加氢进料泵的工艺参数,在已有高效水力模型基础上,然后运用多种理论设计方法及PCAD软件进行优化设计,分别设计了首级和次级叶轮各2组,导叶2组,并组合成8组单级水力模型。
采用CFD软件CFX对8组水力模型进行了内部流场分析,在此基础上进行了性能预测。通过预测的性能参数挑选出一组首级和次级水力模型进行试验研究,水力模型试验表明,首级模型效率达到78%,次级模型效率达到70.6%。
通过试验验证的高效水力模型作为真机的水力模型,对加氢进料泵整机进行了定常内部流动进行计算分析,并对整机进行了全流量性能预测,性能预测结果认为整机性能能够达到工程要求。整机试验表明:性能指标完全符合要求,泵的效率达到了72.51%,达到了任务书的要求。
除水力部件对泵的性能有决定性影响外,还有很多因素对泵的性能有着重要的影响,本文在最后部分针对口环间隙水体及叶轮叶片形变这两部分因素,运用时下较成熟的流固耦合技术,对首级单级泵进行了综合分析。分析表明,在大口环间隙情况下,口环间隙泄露及圆盘阻力损失是造成泵效率降低的明显因素,口环间隙1mm时,额定工况下,效率降低最大可达4%之多。叶轮叶片在运行过程中,因泵输送介质压力作用而发生的变形,对泵性能影响较口环间隙水体影响而言较小。实际运行中,应尽量避免大口环间隙情况。
在数值模拟基础上进行的性能预测分析,在一定程度上和泵实际运行存在偏差,但对比结果表明,整机效率最大偏差在5%之内,扬程最大偏差也在5%之内,只有功率偏差稍大,在10%左右,均在误差可接受范围之内。说明模拟和性能预测作为如今泵分析设计的一种先进手段,具有很高的可信度,同时,这种方法可以大大降低设计成本,加快设计进度,尤其是在大型泵的设计研究,具有重大意义。