多级离心泵增效研究与转子可靠性分析

发布时间：2017-10-27 02:18

  本文关键词：多级离心泵增效研究与转子可靠性分析

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【摘要】：多级离心泵因其高扬程的特点,广泛应用于城市排水和石油化工等各个行业。由于多级离心泵的结构复杂,依靠传统设计方法设计的多级离心泵,其实际工作性能往往无法满足相应型号的国家标准要求。另一方面,为了实现高扬程,多级离心泵采用高转速以及多个叶轮串联,在运行过程中,转子容易发生共振,严重影响安全运行。因此,分析多级离心泵内流场不同工况下的流动特性,以及研究流固耦合作用下的转子可靠性具有重要意义。本文针对某企业自行研发的D46-50X4型多级离心泵内流场进行分析,提出改进意见,并对改进后的泵转子进行模态分析,研究泵运行过程中转子发生共振的可能性。首先,根据设计要求对D46-50X4型多级离心泵进行水力设计,在UG8.0软件中完成其流体域三维建模,通过ANSYS CFX软件对全流场进行数值模拟,找出原模型中设计缺陷。其次,根据该型号多级泵现有的缺陷与不足,提出两种不同的改进方案:1)不改变泵原先的整体设计方案,只在叶片工作面添加非光滑减阻结构;2)对多级离心泵中主要做功部位叶轮以及过流部位导叶重新进行水力设计。分别对上述两种方案进行数值模拟验证,并从中确定最优改进方案,进而分析比较该最优方案与原模型多级离心泵在不同工况下内部流动规律。计算结果表明:改进后该型号多级离心泵额定工况下整机扬程提高43m,整机效率提高9.2%,达到了国家标准,取得了较好的效果。最后,对改进模型中的转子结构进行可靠性分析。得出无预应力以及加载流场预应力下转子结构的临界转速与固有频率。模态分析表明:转子结构在无预应力下第一阶临界转速为12781r/min,加载流场预应力后第一阶临界转速为12455r/min,均大于额定转速2980r/min,保证了多级离心泵整机运行的可靠性。
【关键词】：多级离心泵 水力优化设计 内流场 模态分析 试验研究
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH311
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-12
• 1.1 课题选题背景及研究意义8-9
• 1.2 多级离心泵国内外研究现状及发展趋势9-10
• 1.2.1 国内外研究现状9-10
• 1.2.2 发展趋势10
• 1.3 本文主要研究内容10-12
• 第二章 多级离心泵水力设计12-18
• 2.1 叶轮水力设计12-15
• 2.2 导叶水力设计15-17
• 2.3 本章小结17-18
• 第三章 多级泵原模型单级内流场数值模拟18-27
• 3.1 计算流体动力学原理18-20
• 3.2 三维建模及网格划分20-22
• 3.2.1 三维建模20
• 3.2.2 网格划分20-22
• 3.3 边界条件22
• 3.4 流场模拟结果与分析22-24
• 3.5 外特性分析24-25
• 3.6 本章小结25-27
• 第四章 多级离心泵改进方案对比分析27-35
• 4.1 引言27
• 4.2 改进方案一27-30
• 4.2.1 仿生沟槽减阻技术27-28
• 4.2.2 沟槽减阻机理28
• 4.2.3 沟槽结构的选取28-29
• 4.2.4 改进方案一内流场分析29-30
• 4.3 改进方案二30-34
• 4.3.1 设计的依据和方法30-32
• 4.3.2 改进方案二内流场分析32-34
• 4.4 原模型、改进方案一及改进方案二分析对比34
• 4.5 本章小结34-35
• 第五章 原模型与方案二的不同工况流场分析35-48
• 5.1 静压云图35-36
• 5.2 流线分析36-40
• 5.3 速度矢量分析40
• 5.4 外特性分析40-42
• 5.5 多级离心泵整机全流场模拟与测试42-47
• 5.5.1 多级离心泵整机三维建模42
• 5.5.2 整机流场分析42-43
• 5.5.3 整机外特性模拟与测试对比43-47
• 5.6 本章小结47-48
• 第六章 多级离心泵转子结构可靠性分析48-55
• 6.1 转子结构初始设置48-49
• 6.2 叶轮形变分析49-50
• 6.3 泵转子振动分析50-54
• 6.3.1 结构动力学方程50-51
• 6.3.2 多级离心泵转子模态分析51-54
• 6.3.3 多级离心泵转子振动分析54
• 6.4 本章小结54-55
• 第七章 总结和展望55-57
• 7.1 总结55
• 7.2 展望55-57
• 参考文献57-61
• 攻读硕士学位期间发表的论文61-62
• 致谢62

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本文编号：1101501