430DY450-HY型离心泵转子系统的稳定性研究

发布时间：2017-10-14 19:40

  本文关键词：430DY450-HY型离心泵转子系统的稳定性研究

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【摘要】：影响蜗壳式多级离心泵运行稳定性的因素很多,其中各级叶轮叶片、键槽、蜗壳隔舌的相对位置会对作用于轴系上的力、力偶及压力脉动产生一定影响,这也是引起蜗壳式多级离心泵振动的原因之一。本文以国内某厂生产的430DY450-HY四级蜗壳式管线油泵为研究对象,针对设计存在的叶轮叶片、键槽、蜗壳隔舌的相对位置随意性,设计了叶轮叶片、键槽、蜗壳隔舌的相互位置不同的四种方案,以此来研究叶轮叶片、键槽、蜗壳隔舌的相对位置对蜗壳式多级离心泵稳定性的影响。1.首先对原设计方案进行不同工况下定常数值模拟,利用模拟得到的数据对其外特性和该泵出厂试验的数据对比发现模拟得到的外特性曲线和实验得到的外特性曲线吻合较好,证明了本文所采用的数值模拟策略是可行的。2.对本文提出的其它三种方案进行不同工况下的定常数值模拟,利用数值模拟得到的数据,计算了这四种方案在不同工况下的各级叶轮所受到的径向力,发现各级叶轮所受到的径向力大小和方向基本相同。但是将各级叶轮所受径向力简化作用在轴系上时,发现方案3,即将二、三级叶轮周向位置改变25.7°时,轴上的应力是最小的,由此推断,轴的变形最小,轴系的稳定性最好。3.对四种方案分别在0.8Q、1.0Q、1.2Q三个工况下进行非定常流动的数值模拟,利用模拟得到的结果计算了各方案在不同工况下四个叶轮在旋转一周时所受到的径向力。将一周径向力加载到轴系上进行轴系的瞬态动力学分析,发现方案3泵轴的振动位移、振动速度以及振动烈度相较方案1均有一定的减小。其中,方案3的振动烈度在0.8Q、1.0Q、1.2Q下相较方案1分别减小了52.74%、31.10%、41.81%。说明恰当的叶轮叶片、键槽、蜗壳隔舌的相互位置能够提高蜗壳式多级离心泵的稳定性。
【关键词】：蜗壳式多级离心泵 数值模拟 压力脉动 径向力 瞬态动力学分析
【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10-16
• 1.1 课题背景及研究意义10
• 1.2 国内外发展状况10-15
• 1.2.1 径向力研究现状10-12
• 1.2.2 压力脉动研究现状12-13
• 1.2.3 转子系统动力学特性研究13-15
• 1.3 本文的主要研究内容15
• 1.4 本章小结15-16
• 第2章 蜗壳式多级离心泵数值模拟相关理论16-28
• 2.1 研究方法概述16
• 2.2 CFD数值分析步骤16
• 2.3 流动控制方程16-19
• 2.4 计算域与控制方程的离散19-20
• 2.5 湍流模型理论20-24
• 2.5.1 标准k-ε模型21
• 2.5.2 RNG k-ε模型21-22
• 2.5.3 标准k-ω模型22-23
• 2.5.4 SST k-ω模型23-24
• 2.6 结构分析24-27
• 2.6.1 线性静力结构分析24
• 2.6.2 瞬态动力学分析24-25
• 2.6.3 载荷及约束25-27
• 2.7 本章小节27-28
• 第3章 蜗壳式多级离心泵的定常数值模拟28-39
• 3.1 研究对象简介及存在的问题28-29
• 3.2 研究方案的确定29-30
• 3.3 网格的划分30-32
• 3.3.1 网格无关性检验30-31
• 3.3.2 各部分网格的划分31-32
• 3.4 定常数值模拟的设置32-33
• 3.4.1 湍流模型的选取32
• 3.4.2 边界条件32-33
• 3.5 定常数值计算结果分析33-38
• 3.5.1 计算结果与实验结果的比较和分析33-34
• 3.5.2 不同方案外特性对比34
• 3.5.3 不同方案叶轮所受到的径向力对比34-37
• 3.5.4 不同方案轴的应力对比37-38
• 3.6 本章小节38-39
• 第4章 蜗壳式多级离心泵的非定常数值模拟39-55
• 4.1 非定常数值模拟的设置39
• 4.1.1 湍流模型的设置39
• 4.1.2 时间步长的设置39
• 4.2 压力脉动分析39-50
• 4.2.1 监测点的设置39-40
• 4.2.2 原方案不同工况下压力脉动的对比40-45
• 4.2.3 不同方案在标况下压力脉动的对比45-50
• 4.3 非定常径向力分析50-53
• 4.3.1 原方案不同工况下叶轮所受到的径向力对比50-51
• 4.3.2 不同方案叶轮所受到的径向力对比51-53
• 4.4 本章小节53-55
• 第5章 转子系统的瞬态动力学分析55-60
• 5.1 转子的计算模型55
• 5.2 ANSYS workbench中瞬态动力学分析的设置55-56
• 5.3 计算结果分析56-59
• 5.3.1 振动位移56-57
• 5.3.2 振动速度57-59
• 5.4 本章小节59-60
• 结论与展望60-62
• 1. 结论60-61
• 2. 存在的不足与展望61-62
• 参考文献62-66
• 致谢66-67
• 附录A67

【参考文献】

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本文编号：1032829