本文關(guān)鍵詞：超低比轉(zhuǎn)速自平衡多級離心泵水力優(yōu)化與結(jié)構(gòu)分析，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：超低比轉(zhuǎn)數(shù)(比轉(zhuǎn)速ns≤30)自平衡多級離心泵廣泛應(yīng)用于石油、化工、農(nóng)業(yè)、礦業(yè)、電力等重要領(lǐng)域。但這類泵水力部件相對狹長的特點決定了其效率相對較低,耗能巨大,因此優(yōu)化設(shè)計節(jié)能高效的超低比轉(zhuǎn)速多級離心泵水力部件很有必要。由于采用轉(zhuǎn)子對稱布置結(jié)構(gòu),級數(shù)多、跨距大,在運行過程中,容易引發(fā)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)發(fā)生變形破壞,特別當轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速相近或相同時將會發(fā)生共振,嚴重影響泵的安全可靠運行。因此,對超低比轉(zhuǎn)數(shù)自平衡多級離心泵進行靜力學(xué)和動力學(xué)分析具有重要的工程實用價值。本文主要研究內(nèi)容和成果如下:(1)泵水力優(yōu)化。建立超低比轉(zhuǎn)速自平衡多級離心泵兩級的三維全流場水體模型。通過定義葉輪、泵腔、導(dǎo)葉揚程及效率的概念和公式,分別分析葉輪、泵腔、導(dǎo)葉內(nèi)能量轉(zhuǎn)換與流動損失情況,得出影響原模型性能的主要因素為葉輪與導(dǎo)葉的匹配,次要因素為葉輪內(nèi)的流動損失。提出取導(dǎo)葉喉部進口絕對速度為葉輪出口絕對速度的一半來計算導(dǎo)葉喉部面積,并逐步優(yōu)化設(shè)計出一流道式導(dǎo)葉,通過調(diào)整葉片型線優(yōu)化流道過流面積消除葉輪流道內(nèi)漩渦。優(yōu)化后的葉輪與導(dǎo)葉各處速度變化均勻緩慢,大大降低了流動損失。將性能較優(yōu)的模型進行制造和測試,測試結(jié)果表明,優(yōu)化后方案的額定工況下平均單級揚程提高了8.1m,效率提高3.2%,達到了清水多級離心泵的國家標準,取得了較好的優(yōu)化效果。并將數(shù)值模擬結(jié)果與試驗結(jié)果進行了對比,分析了兩者的差異,為進一步優(yōu)化改進超低比轉(zhuǎn)速自平衡多級離心泵的水力設(shè)計方法提供了設(shè)計思路與參考。(2)泵轉(zhuǎn)子靜力學(xué)分析。對泵軸進行了扭轉(zhuǎn)強度和疲勞強度的校核,分析結(jié)果顯示,泵軸最大剪應(yīng)力和最大等效應(yīng)力均小于相應(yīng)的許用剪應(yīng)力和屈服極限,滿足了扭轉(zhuǎn)強度和疲勞強度要求。分析了泵轉(zhuǎn)子變形,得出最大變形發(fā)生在第四級葉輪的下方外徑邊緣處,且變形量小于葉輪和導(dǎo)葉之間間隙,得出葉輪口環(huán)處變形量小于葉輪與口環(huán)間隙。即葉輪與導(dǎo)葉、葉輪與口環(huán)均不會在轉(zhuǎn)子運行過程中發(fā)生干涉碰撞。但節(jié)流軸套處的變形量略微超過了節(jié)流軸套和節(jié)流套之間的間隙,與泵實際運行后拆開檢示所發(fā)現(xiàn)節(jié)流套有磨損的情況一致,故建議節(jié)流套采用耐磨材料和公差配合以保證控制高壓水的泄漏量和泵轉(zhuǎn)子的運行可靠性。(3)泵轉(zhuǎn)子動力學(xué)分析。分別計算了泵轉(zhuǎn)子在干態(tài)無流場預(yù)應(yīng)力、干態(tài)有流場預(yù)應(yīng)力和濕態(tài)三種情況下的前八階正反進動固有頻率,分析了發(fā)生各階振動時泵轉(zhuǎn)子可能的振動形式和三種情況下相同階次正反進動固有頻率的差異。對比三種情況下各個階次固有頻率變化率,得出流場預(yù)應(yīng)力能略微提高泵轉(zhuǎn)子各個階次的固有頻率,而濕態(tài)則會顯著降低泵轉(zhuǎn)子各個階次的固有頻率。對比三種情況下不同階次對應(yīng)的振型圖,得出流場預(yù)應(yīng)力不改變各階正反進動的振動形式和振動方向,但影響某些階次下最大振幅出現(xiàn)的位置。與干態(tài)相比,濕態(tài)下水的附加質(zhì)量、粘性和阻尼等不改變各階正反進動的振動形式和最大振幅出現(xiàn)的位置,但會對振動方向產(chǎn)生影響。對比分析三種情況下各個階次對應(yīng)的最大振幅,得出流場預(yù)應(yīng)力不影響各階反進動的最大振幅,但會顯著抑制各階正進動最大振幅,而濕態(tài)下水的附加質(zhì)量、粘性和阻尼同時抑制了各階正反進動最大振幅。流場預(yù)應(yīng)力和濕態(tài)下水的附加質(zhì)量、粘性和阻尼對不同階次轉(zhuǎn)子發(fā)生相同彎曲振動的最大振幅沒有影響。無論干態(tài)還是濕態(tài)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動的最大振幅數(shù)值是各階中最高的。泵轉(zhuǎn)子在額定轉(zhuǎn)速運行時,最接近真實請況的濕態(tài)下一階正進動彎曲振動臨界轉(zhuǎn)速和一階扭轉(zhuǎn)振動臨界轉(zhuǎn)速均處于發(fā)生共振的危險范圍之外,表明超低比轉(zhuǎn)速自平衡多級離心泵轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)設(shè)計合理安全可靠,運行過程中不存在發(fā)生共振的可能。在干態(tài)有流場預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析的基礎(chǔ)上對轉(zhuǎn)子進行不平衡激勵力的諧響應(yīng)計算和分析。對不同葉輪相同位置分別加載相同大小和方向的不平衡激勵力后,泵轉(zhuǎn)子對第四級和第八級葉輪存在的不平衡量最為敏感,且轉(zhuǎn)子節(jié)流軸套的響應(yīng)幅值最大,最大幅值出現(xiàn)在一階正進動彎曲振動臨界轉(zhuǎn)速處,說明轉(zhuǎn)子不同位置施加不平衡激勵力時,不會改變臨界轉(zhuǎn)速的大小,但會造成轉(zhuǎn)子響應(yīng)最大幅值發(fā)生變化。對同一葉輪加載不同大小不平衡激勵力,節(jié)流軸套處的最大幅值隨著不平衡激勵力的增加而顯著增大,且都是在一階正進動彎曲臨界轉(zhuǎn)速處達到峰值,說明同一位置施加不同大小的不平衡激勵力不影響臨界轉(zhuǎn)速的大小。同時存在兩個同向不平衡激勵力下的節(jié)流軸套響應(yīng)幅值明顯大幅增加,同時存在兩個反向不平衡激勵力下的節(jié)流軸套響應(yīng)幅值則低于只存在單個不平衡激勵力情況,三種情況下的響應(yīng)最大幅值都發(fā)生在一階正進動彎曲臨界轉(zhuǎn)速處,說明同時存在兩個相位相同或相反的不平衡激勵力不影響臨界轉(zhuǎn)速的大小。
【關(guān)鍵詞】：多級離心泵 水力優(yōu)化設(shè)計 結(jié)構(gòu)分析
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH311
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-15
• 1.1 研究背景及意義12-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢13-14
• 1.2.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.2 發(fā)展趨勢14
• 1.3 研究主要內(nèi)容14-15
• 第二章 多級離心泵水力設(shè)計概述15-18
• 2.1 葉輪的水力設(shè)計15-16
• 2.2 導(dǎo)葉的水力設(shè)計16-17
• 2.3 小結(jié)17-18
• 第三章 超低比轉(zhuǎn)速自平衡多級離心泵內(nèi)部流場數(shù)值模擬18-41
• 3.1 計算流體動力學(xué)原理18-19
• 3.2 原始設(shè)計方案分析19-26
• 3.2.1 三維建模19-21
• 3.2.2 網(wǎng)格劃分21-23
• 3.2.3 計算設(shè)置23
• 3.2.4 外特性分析23-25
• 3.2.5 內(nèi)流場分析25-26
• 3.3 優(yōu)化設(shè)計方案一26-31
• 3.3.1 CFD模型建立26-29
• 3.3.2 外特性分析29
• 3.3.3 內(nèi)流場分析29-31
• 3.4 優(yōu)化設(shè)計方案二31-35
• 3.4.1 CFD模型建立31-32
• 3.4.2 外特性分析32-34
• 3.4.3 內(nèi)流場分析34-35
• 3.5 不同工況下三方案三種效率模擬性能曲線對比分析35-37
• 3.6 各方案模擬預(yù)測性能曲線對比分析37-38
• 3.7 試驗驗證與對比分析38-40
• 3.8 小結(jié)40-41
• 第四章 超低比轉(zhuǎn)速自平衡多級離心泵轉(zhuǎn)子靜力分析41-46
• 4.1 轉(zhuǎn)子靜力學(xué)分析設(shè)置41-43
• 4.2 泵轉(zhuǎn)子強度分析43-44
• 4.3 泵轉(zhuǎn)子變形分析44-45
• 4.4 小結(jié)45-46
• 第五章 超低比轉(zhuǎn)速自平衡多級離心泵轉(zhuǎn)子模態(tài)分析46-80
• 5.1 模態(tài)分析理論基礎(chǔ)47-48
• 5.2 干態(tài)無流場預(yù)應(yīng)力下固有頻率計算與分析48-57
• 5.3 干態(tài)有流場預(yù)應(yīng)力下固有頻率計算與分析57-66
• 5.4 濕態(tài)下固有頻率計算與分析66-77
• 5.5 臨界轉(zhuǎn)速計算及分析77-78
• 5.6 小結(jié)78-80
• 第六章 超低比轉(zhuǎn)速自平衡多級離心泵轉(zhuǎn)子諧響應(yīng)分析80-85
• 6.1 諧響應(yīng)分析理論基礎(chǔ)80
• 6.2 不同位置加載單個不平衡激勵力的諧響應(yīng)分析80-82
• 6.3 同一位置加載不同大小不平衡激勵力的諧響應(yīng)分析82-83
• 6.4 雙不平衡激勵力的諧響應(yīng)分析83-84
• 6.5 小結(jié)84-85
• 第七章 總結(jié)和展望85-88
• 7.1 總結(jié)85-87
• 7.2 展望87-88
• 作者攻讀碩士學(xué)位期間參加的科研項目和發(fā)表的相關(guān)論文88-89
• 致謝89
• 參考文獻89-91

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  本文關(guān)鍵詞：超低比轉(zhuǎn)速自平衡多級離心泵水力優(yōu)化與結(jié)構(gòu)分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：267087