高扬程液力透平叶轮的设计与研究

作     者：刘建荣 

作者单位：河北科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：薛树旗;杨守志

授予年度：2016年

学科分类：080706[工学-化工过程机械] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：余压能量回收 液力透平 叶轮 水力设计 流场仿真 

摘      要：在节约资源、保护环境的基本国策下,工业流程中的液体压力能量的回收和再利用具有重要的社会和经济价值。液力透平是实现液体压力能量回收的装置之一,在反渗透海水淡化、石油化工、天然气加工、化肥合成氨、污水处理等行业已得到广泛应用。透平的核心过流部件特别是叶轮的水力和结构设计,直接影响到装置的能量回收效率,对其研究具有一定的学术和工程应用价值。本课题针对石油炼制工艺流程中的含能液体压力高的特点,研究适用于石油炼制工艺的高杨程能量回收液力透平的水力和结构设计方法,并通过流场仿真分析透平叶轮几何参数对透平性能的影响,在此基础上,提出高杨程能量回收液力透平的一些设计原则。首先,泵反转作液力透平研究的理论思想,以离心泵叶轮设计方法为例对液力透平叶轮进行水力设计,利用水力设计结果绘制液力透平叶轮木模图,并利用SOLIDWORKS软件对液力透平叶轮进行三维实体建模;其次,采用ICEM CFD软件分别对液力透平引水室流道、叶轮流道、尾水管流道模型进行网格划分,并采用ANSYS CFX软件对液力透平内部流场进行数值模拟;再次,利用CFX后处理软件结合数值模拟结果,分别对液力透平内部流动区域的压力场与速度场进行了分析,通过分析液力透平叶轮速度矢量图和压力云图,得出高扬程液力透平内部流动区域压力与速度分布情况;最后,通过改变液力透平叶轮转速,研究不同叶轮转速对液力透平效率曲线的影响,并绘制出液力透平性能曲线,通过分析液力透平流量扬程曲线、流量功率曲线、流量效率曲线,获得叶轮参数变化对液力透平性能的影响。本课题通过对高扬程液力透平叶轮的设计与研究,总结了高扬程液力透平设计方法,可为适用于石油炼制工艺流程的能量回收液力透平的设计、研发和应用进行技术储备和提供参考。