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2017年11月24日《浙江省自然科学基金委员会》:为高性能离心泵融合设计提供技术支撑

浏览:653次 发布日期:2017年11月24日

《浙江省自然科学基金委员会》:http://www.zjnsf.gov.cn/h/01/news_view.aspx?plg_nld=1&plg_uin=1&plg_auth=1&plg_usr=1&plg_dev=1&plg_vkey=1&plg_nld=1&appid=GUD5EBEBE3A0C170F105A91D0A3C609E99F

目前,浙江省拥有3000多家泵企业,2016年浙江省生产泵5000多万台,约占全国总产量的30~40%,产值近1000亿,约占全国22~25%。荏原嘉利特泵业、利欧泵业、南方泵业、科尔泵业、浙江天德泵业和杭州大路实业等泵业公司是生产流程离心泵的专业产家,技术水平和市场占有率走在全国前列,在国际上也有一定的影响。

多级离心泵是深海矿物水力提升、海水淡化、深井提水等行业必不可少的重要流体输送设备。随着国家对深海资源开采步伐的加快以及对淡水资源需求的日益增多,对多级泵的水力输送性能及安全可靠运行提出了更高的要求。

衢州学院张玉良博士长期从事流体机械的设计与研究,主要从事流体力学在离心泵中的应用研究。有别于稳定工况下的多级离心泵运行机制,张玉良博士将研究的重点聚焦在启动、暂停状态下的多级离心泵,该种状态下的多级离心泵运行机能对于降低泵及连接管道设备的损耗,延长使用寿命具有重要意义,目前国内相关研究较少。2014年,他申请的“多级离心泵启停暂态过程的瞬变流机理研究”项目获得了浙江省自然科学基金的资助。该研究为建立大功率、高性能离心泵融合设计方法奠定基础,并为高性能设计制造及应用提供理论支撑。

衢州学院张玉良博士(左二)指导试验

探索机理为离心泵设计提供理论支撑 

重大工程泵类产品的国产化率逐步提高,当前已经基本满足了国家经济建设发展的需要。但就行业当前整体现状而言,我国与工业发达国家相比依然存在差距。大型输水泵站、海洋资源开采等重大工程泵类产品装置大型化,造成泵设计上的风险,运行寿命的考验,辅助系统的复杂以及生产制造上的困难。如果没有基于内部流动及转子动力学进行设计,泵性能难以达到最优。

在一般情形下,多级离心泵通常在某一个转速相对稳定的工况下长时间运行。但在突然开机与停机暂态过程中,转速快速变化,极易引起巨大的压力脉动和冲击,导致泵、管道以及连接设备的破坏。张玉良博士认为,掌握各种因素对多级离心泵启停暂态过程瞬态水力性能的影响规律,才能为多级离心泵启停暂态工况下的设计与应用提供理论支撑,进而提高大功率离心泵机组运行效率,满足流程生产的节能及连续化生产的要求。 

技术对接为泵类企业发展提供服务 

目前国内泵产业主要是从前苏联的设计基础上发展而来的,水力设计水平与西方国家相比并不落后太多;而在产品可靠性方面与新产品研发方面还是整体落后于工业发达国家。特别是企业自主开发能力薄弱,国内水泵制造企业所承担的大多是产品的低端加工环节,国民经济发展所急需的技术含量高、附加值高的产品核心技术尚未掌握,还有很多问题亟待解决。

张玉良博士带领他的团队主动对接泵类企业,了解企业运行发展状况、特别是技术上存在的困难和问题,为企业排忧解难。浙江某知名泵业公司生产的高速泵曾出现轴承严重烧毁的现象,经分析后认为是径向力分布不均匀的结果。他带领团队通过设计并增加了新型周向导叶,使得径向力分布均匀,从而避免了这一严重问题的出现。某型号离心泵抗汽蚀性能较差,团队借助于数值计算方式,快速确定了增大后的最优叶轮进口直径,提升了抗汽蚀性能,帮企业解决了这一难题。此外,他带领团队还将技术与服务带到浙江贝德泵业、温州荏原嘉利特、浙江碗窑水电站等多个省内离心泵的生产企业和应用地。

衢州学院张玉良博士团队 

克难攻坚为设计高性能离心泵再出发 

据张玉良博士介绍,由浙江省自然科学基金的资助“多级离心泵启停暂态过程的瞬变流机理研究”项目,主要是掌握了应用广泛的多级离心泵在突然启动或突然停机过程中的瞬态水力性能。在两个方面可实现成果推广或具有实际应用价值。一是多级离心泵不同的开机或停机方法,将避免一些可能出现的严重运行故障,比如功率过载问题和压力冲击问题。二是对于一些利用多级离心泵启停暂态过程水力性能的场合,如水下运载工具弹射,可通过优化几何参数组合,合理设计多级离心泵,使之符合弹射过程中的压力释放要求。

他表示,目前在大功率离心泵机组融合设计的核心问题应需攻克以下3个关键科学问题:一是大功率流程离心泵内部流场的精确数值计算;二是流程离心泵内部流动结构与流动损失的关联规律;三是流程离心泵机组在线多变量故障诊断模型的构建。

提高离心泵的性能,掌握核心技术任重道远。今年张玉良博士“泵作透平启动过程获能机理研究”再次获得浙江省自然科学基金的资助,此次研究的重点由消耗能量的工作机向输出能量的原动机转变,将为业界提供有价值的数据和方法,将更好的促进相关研究的发展,服务于地方产业。 

(浙江省科技信息研究院今日科技杂志记者 孙逸;  通讯员 徐敏 郑中仁)