全三元技術(shù)及節(jié)能改造項(xiàng)目可行性研究報(bào)告(編輯修改稿)
2025-05-22 00:18 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 們的理論應(yīng)用到了水泵技術(shù)領(lǐng)域；結(jié)合當(dāng)代最先進(jìn)的CFD技術(shù)，創(chuàng)立了葉片式泵全新的設(shè)計(jì)理念和方法—基于CFD技術(shù)的全三元水泵葉輪設(shè)計(jì)方法，該方法的創(chuàng)立為提高泵的運(yùn)行效率和可靠性提供了保障,并得到了實(shí)踐應(yīng)用和驗(yàn)證。我們對(duì)水泵葉輪設(shè)計(jì)采用國際上最前沿的泵水力性能解決方案，其設(shè)計(jì)方法是全三元黏性正問題計(jì)算與反問題設(shè)計(jì)迭代法（以下簡(jiǎn)稱全三元設(shè)計(jì)法），即主要設(shè)計(jì)流程按照反問題設(shè)計(jì)正問題計(jì)算反問題修正設(shè)計(jì)正問題計(jì)算反問題優(yōu)化設(shè)計(jì)的迭代過程進(jìn)行。全三元黏性正問題計(jì)算是根據(jù)水泵葉輪和泵體等過流部件的幾何尺寸、形狀特征以及流體進(jìn)出口條件，應(yīng)用全三元CFD理論和技術(shù)直接求解泵內(nèi)流場(chǎng)的特征參數(shù)。該方法的主要特點(diǎn)是：⑴ 采用了全三維粘性流體力學(xué)模型；⑵ 求解控制方程組的離散方法采用了適合工程應(yīng)用的有限體積法；⑶ 采用提高計(jì)算收斂速度的多重網(wǎng)格法；⑷ 采用成熟的網(wǎng)格劃分技術(shù)和前后數(shù)據(jù)處理技術(shù)。通過計(jì)算可以得到泵內(nèi)三維粘性流場(chǎng)的速度分布、壓力分布及其它流動(dòng)特征參數(shù)，為反問題設(shè)計(jì)提供真實(shí)可靠的理論依據(jù)。反問題則是根據(jù)實(shí)際運(yùn)行需要流量、揚(yáng)程、功率和效率等工況參數(shù)，以及流動(dòng)控制邊界條件等要素，設(shè)計(jì)出水泵葉輪和蝸殼等過流部件的幾何尺寸和形狀，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)給定內(nèi)流流動(dòng)特征的控制。正反混合問題是對(duì)單一求解對(duì)象的同一求解區(qū)域來用正反問題混合求解，設(shè)計(jì)計(jì)算過程往往需要經(jīng)過多次迭代；或者是同一求解對(duì)象的不同區(qū)域同時(shí)采用正問題或反問題的不同求解方法，從而構(gòu)成同一對(duì)象的正反混合問題。 我們的全三元水泵設(shè)計(jì)就是根據(jù)上述水泵葉輪研究設(shè)計(jì)思路，分析研究水泵實(shí)際運(yùn)行工況，對(duì)低效率葉輪的葉片形狀、葉片進(jìn)出口幾何尺寸、葉輪前后蓋板幾何形狀等要素進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。改進(jìn)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于根據(jù)葉輪內(nèi)部流動(dòng)特性的要求，運(yùn)用全三元設(shè)計(jì)方法優(yōu)化葉片的進(jìn)出安放角、葉片數(shù)、扭曲葉片各截面形狀等要素，從而避免葉片工作面的流動(dòng)分離，減少流動(dòng)損失，提高葉輪的工作效率。另外，葉輪的前后蓋板的形狀也將直接影響葉輪內(nèi)的流動(dòng)的狀態(tài)，我們?cè)诓桓膭?dòng)水泵殼體尺寸條件下，利用全三元方法優(yōu)化前后蓋板的局部形狀，改善葉輪和蝸殼內(nèi)部的流動(dòng)形態(tài)，減小流動(dòng)損失，提高水泵效率。經(jīng)過上述系列優(yōu)化改進(jìn)，將獲得水泵內(nèi)部的最佳流動(dòng)狀態(tài)，從而得到最優(yōu)的葉片形狀，最高效率的葉輪。我們以流體機(jī)械內(nèi)流計(jì)算的基本理論和方程組出發(fā)，運(yùn)用當(dāng)代計(jì)算流體力學(xué)（CFD）理論研究的成果，以“理論研究數(shù)值計(jì)算程序校準(zhǔn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)”為發(fā)展模式，經(jīng)歷了由理想流體模型到粘性流體模型，一、二元流動(dòng)到全三元流動(dòng)的發(fā)展過程，形成了從“二元—準(zhǔn)三元（SS2流面，射流尾跡模型修正）—全三元?jiǎng)萘鳌ば粤鳌钡难芯繗v程。目前，我們的工作重點(diǎn)是葉輪機(jī)械全三元非定常粘性流動(dòng)的連續(xù)方程和NS方程等偏微分方程所構(gòu)成的方程組計(jì)算方法研究和程序開發(fā)，以及全三元反問題的設(shè)計(jì)方法與計(jì)算研究。我們先后引進(jìn)了PHOENICS、FLUENT、NUMECA等商用CFD軟件，先后采用“兩類流面”理論（吳氏理論，射流尾跡模型）、“全三維勢(shì)流流動(dòng)”和“全三維粘性流動(dòng)”理論，在渦輪增壓器設(shè)計(jì)、水泵設(shè)計(jì)、風(fēng)扇設(shè)計(jì)以及通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)中進(jìn)行流場(chǎng)分析，并根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高了葉輪機(jī)械的設(shè)計(jì)水平。全三元葉輪與普通葉輪的比較：根據(jù)上述方法重新設(shè)計(jì)出的全三元葉輪與原一、二元流葉輪有相同安裝尺寸（軸孔、鍵、密封環(huán)等），但葉片形狀有很大的變化。其區(qū)別見葉片上圖：上左圖為葉輪葉片的子午面視圖，只畫出了雙吸葉輪的左半面。上右圖為一個(gè)葉片的前視圖。其主要區(qū)別在于：⑴ 子午流道全三元葉片加寬了許多，特別是輪轂減小，以增大流通能力。⑵ 子午流道全三元葉輪直徑減小，而出口寬度增大。⑶ 全三元葉片扭曲度較一元流大很多。⑷ 全三元葉片進(jìn)口邊向來流進(jìn)口伸展，減少進(jìn)口損失。應(yīng)當(dāng)指出：葉輪的這種變化，實(shí)際上是將原水泵改變成一種全新的高效率水泵。全三元葉輪模型及網(wǎng)格 葉輪模型（SolidWorks） 全三元葉輪網(wǎng)格劃分（gambit）1／100點(diǎn)簡(jiǎn)圖CFD計(jì)算結(jié)果圖例二、部分案例上海聯(lián)吉合纖有限公司循環(huán)、冷卻水系統(tǒng)節(jié)能改造本案例被收編進(jìn)由上海市經(jīng)委編撰的《上海市十大重點(diǎn)節(jié)能工程匯編》（2007年）上海聯(lián)吉合纖有限公司水泵房上海聯(lián)吉合纖有限公司于1994年建廠投產(chǎn)，為上海化纖行業(yè)的龍頭企業(yè)。聯(lián)吉公司循環(huán)、冷卻水系統(tǒng)有12Sh—6B型循環(huán)水泵5臺(tái)，開3備2，全天24小時(shí)運(yùn)行；250S65A型冷卻水泵3臺(tái)，開2備1，全天24小時(shí)運(yùn)行；用于生產(chǎn)工藝的循環(huán)和冷卻。2007年本公司以合同能源管理方式對(duì)該系統(tǒng)實(shí)施了節(jié)能改造，在水泵殼體保持不變的前提下更換全三元葉輪，結(jié)果如下：⑴ 12Sh6B，電機(jī)功率225kwA）方案一：葉輪改造結(jié)果（適用于三分之二春秋季、冬季）：流量726m3/H，電機(jī)電流257A。%%，%。B）方案二：葉輪改造結(jié)果（適用于三分之一春秋季、夏季）：流量840m3/H。%%，%。，
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