离心泵新型轴向力平衡装置的轴向力计算与设计方法的研究

发布时间：2017-10-11 02:10

  本文关键词：离心泵新型轴向力平衡装置的轴向力计算与设计方法的研究

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【摘要】：轴向力的平衡法一直是泵研究领域中的重点之一。查阅相关轴向力平衡法的文献资料可知,目前应用的轴向力平衡装置,其使用范围和平衡能力都具有一定的局限性。本文针对目前各种轴向力平衡装置的缺点和不足,提出了一种离心泵新型轴向力平衡装置,它是在单级离心泵平衡腔内或多级离心泵末级叶轮平衡腔内安装了一对动静环。本文采用改变动静环外半径和轴向间隙的方法,运用理论分析和数值计算的方法对平衡装置轴向间隙液体的压力分布、泄漏量和动环上轴向力的变化规律进行了深入的研究。本文的主要研究内容如下:1.对平衡装置径向间隙和轴向间隙的液体流动进行了理论分析,利用不可压缩粘性流体运动的N-S方程和连续性方程,获得了计算轴向间隙液体泄漏量和液体压力及动环上轴向力的计算公式。以IS80-50-315型离心泵为研究对象,在动静环外半径为45mm、52.5mm、57.5mm、62.5mm条件下,对设计工况下轴向间隙液体泄漏量和动环上轴向力进行了理论计算。结果表明:轴向间隙液体泄漏量随轴向间隙的增大而增大,而液体作用在动环上的轴向力随轴向间隙的增大而减小;从满足控制动环上轴向力减少轴向间隙液体泄漏量的角度,轴向间隙选取0.4~0.8mm较为适宜。2.对不同动静环外半径不同轴向间隙下的模型泵进行了全流量数值模拟,获得了轴向间隙对泵性能影响规律。结果表明:扬程随着轴向间隙的增大而降低,且在较小流量(5~20m3/h)时降低的趋势较明显,在较大流量(25~40 m3/h)时降低的趋势并不明显;轴向间隙的变化对效率和轴功率的影响不大。3.在设计工况下,研究了轴向间隙液体压力分布规律。结果表明:轴向间隙液体压力由内径至外径沿径向逐渐增大,但沿轴向上基本保持不变;压力与半径关系曲线是斜直线,动静环外半径与内半径比值和轴向间隙的大小对其斜率有明显影响。4.为了分析与计算相似平衡装置动态性能,引入旋转雷诺数、泄漏量系数、轴向力系数和隙径比等无量纲参数,绘制出设计工况模拟泄漏量系数及计算泄漏量系数与隙径比的关系曲线和模拟轴向力系数及计算轴向力系数与隙径比的关系曲线。结果表明:隙径比增大,泄漏量系数具有先急剧增大然后趋于平坦的变化规律,而轴向力系数具有先急剧减少然后趋于平坦的变化规律;轴向间隙液体泄漏量和动环上轴向力的模拟结果与计算结果相差不大,说明了数值计算的可靠性。5.对平衡腔内未安装平衡装置时平衡腔区域液体作用在叶轮后盖板上轴向力进行了理论计算,并与平衡腔内安装平衡装置时液体作用在动环上轴向力进行了比较分析。结果表明:在平衡腔内安装平衡装置有很明显的减少轴向力的效果。
【关键词】：离心泵 轴向力 平衡装置 泄漏量系数 轴向力系数
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH311
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题名称及来源10
• 1.1.1 课题名称10
• 1.1.2 课题来源10
• 1.2 研究背景与意义10-11
• 1.3 国内外研究进展11-17
• 1.3.1 轴向力产生的原因11
• 1.3.2 轴向力计算方法的研究现状11-13
• 1.3.3 泵腔液体压力计算的研究13-14
• 1.3.4 轴向力平衡方法的研究现状14-17
• 1.4 主要研究内容17-18
• 第2章 平衡装置间隙泄漏量及压力理论计算18-28
• 2.1 平衡轴向力装置结构特点及工作原理18-20
• 2.2 间隙液体流动的理论分析20-25
• 2.2.1 径向间隙液体流动分析及泄漏量计算20-22
• 2.2.2 轴向间隙液体流动理论分析22-24
• 2.2.3 平衡装置间隙泄漏量及压力分布24-25
• 2.2.4 轴向间隙轴向力25
• 2.3 轴向间隙液体泄漏量和动环上轴向力理论计算25-26
• 2.4 本章小结26-28
• 第3章 轴向间隙对泵性能的影响28-59
• 3.1 计算模型及网格划分28-31
• 3.1.1 三维几何建模28-29
• 3.1.2 网格划分29-31
• 3.2 数学模型的建立31-34
• 3.2.1 流体动力学控制方程31-32
• 3.2.2 湍流模型32-33
• 3.2.3 控制方程的离散方法33
• 3.2.4 流场数值计算的求解方法33-34
• 3.2.5 动静耦合模型的选取34
• 3.3 边界条件的设置34-35
• 3.3.1 进口边界条件34-35
• 3.3.2 出口边界条件35
• 3.3.3 壁面以及交界面条件35
• 3.4 性能预测35-36
• 3.5 轴向间隙对离心泵性能影响的研究36-49
• 3.6 设计工况下离心泵内部流场分析49-58
• 3.6.1 叶轮中间截面静压分布49-51
• 3.6.2 叶轮中间截面相对速度分布51-53
• 3.6.3 蜗壳中间截面静压分布53-55
• 3.6.4 蜗壳中间截面速度分布55-58
• 3.7 本章小结58-59
• 第4章 平衡装置轴向力特性数值计算59-74
• 4.1 轴向间隙液体压力分布59-66
• 4.2 轴向间隙液体泄漏量和动环上轴向力数值计算66-69
• 4.2.1 不同工况下轴向间隙液体泄漏量和动环上轴向力66-68
• 4.2.2 泄漏量和轴向力模拟值与计算值的对比68-69
• 4.3 无量纲分析69-72
• 4.3.1 数据的无量纲处理69-71
• 4.3.2 隙径比对轴向间隙液体泄漏量及轴向力的影响71-72
• 4.4 平衡装置平衡轴向力的效果对比72-73
• 4.5 本章小结73-74
• 总结与展望74-76
• 总结74-75
• 展望75-76
• 参考文献76-79
• 致谢79-80
• 附录A 攻读学位期间公开发表的论文80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘在伦;贾晓;张森;石福翔;孙雨;;叶轮轴向位移对离心泵腔液体压力的影响[J];兰州理工大学学报;2014年06期

2 赵伟国;邬国秀;黎义斌;王秀勇;;口环间隙变化对离心泵性能的影响研究[J];水力发电学报;2014年05期

3 刘在伦;董玮;张楠;吴佼;;离心泵平衡腔液体压力的计算与验证[J];农业工程学报;2013年20期

4 刘在伦;许立中;贾晓;吴佼;王东伟;;离心泵浮动叶轮轴向间隙的液体流动分析及轴向力计算[J];农业工程学报;2013年12期

5 李伟;施卫东;蒋小平;周岭;徐焰栋;江志q;;多级离心泵轴向力的数值计算与试验研究[J];农业工程学报;2012年23期

6 胡桂清;王兵和;陈存利;王永祥;刘炎;;多级离心泵振动原因分析及解决办法[J];当代化工;2012年06期

7 孙胜微;;多级离心泵故障分析及解决办法[J];化学工程与装备;2012年05期

8 刘在伦;何睿;范赢;;浮动叶轮平衡腔内液体泄漏量特性试验[J];农业机械学报;2011年09期

9 马旭丹;吴大转;王乐勤;;多级离心泵轴向力平衡装置的设计与分析[J];农业工程学报;2010年08期

10 何玉杰;周广凤;潘金秋;杨孙圣;王俊;;海水淡化多级泵轴向力试验[J];排灌机械;2009年02期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 孙章虎;新型轴向力平衡装置间隙内部流场的CFD数值计算[D];兰州理工大学;2006年

2 邢乐斌;新型轴向力平衡装置平衡原理的理论分析[D];兰州理工大学;2004年

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本文编号：1009885