长轴泵的优化设计及工程应用

发布时间：2020-09-24 05:02

　　长轴泵广泛应用于农田排灌、防洪、排涝、污水处理、电站(燃煤电站、核电站、蓄能电站、潮汐电站)、冷却系统等各个领域。然而由于其自身结构的特殊性,导叶式长轴泵普遍存在着性能低下、主轴容易断裂和振动剧烈等问题。因此如何提高其性能和泵轴的可靠性分析是当前研究的重要方向。本文对带有空间导叶的船用长轴泵的设计优化方法、内部流场和泵轴可靠性分析进行了较为系统的研究,主要内容和结论如下： 1介绍长轴泵的水力设计及优化方法,并以JLY-80-27型泵为研究对象,通过数值计算详细分析了不同喉部面积、导叶叶片出口安放角和导叶叶片数对泵性能的影响。针对所要设计的船用泵,将叶轮和空间导叶作为一个整体,对空间导叶的主要性能参数进行合理设计和优化,最后利用PRO/E绘图软件生成叶轮、空间导叶的三维实体及整个流道计算区域。 2利用FLUENT软件对其内部流场进行数值模拟,分析整个流道、叶轮、环形空间、空间导叶及其内外盖板的内部流场。结果发现：(1)叶轮进口出现负压,该区域将有可能发生空化。(2)环形空间内流动紊乱,产生较大的冲击损失。(3)导叶工作面和背面的流速从导叶进口处至导叶出口处呈现增大—减小趋势,在导叶中部附近达到最大,导叶背面出现二次流。(4)导叶内外盖板上出现不同程度的漩涡,说明空间导叶内流动相当混乱,存在着复杂的流动状态。 3分别以二硫化碳和水为输送介质,计算了不同流量下该泵的流场情况,并把计算结果与试验结果对比分析。结果表明：计算和实测的特性曲线总体趋势是一致的,扬程和效率有了明显的提高；相同流量下数值计算结果和试验数据的最大误差基本小于18%,证明了数值计算和优化方法的有效性,得到的结果符合设计要求；相同流量下,介质为二硫化碳的计算扬程和效率略高于介质为水时的计算扬程和效率。 4基于ANSYS有限元软件和传统的泵轴校核理论,对泵轴进行了静力和疲劳强度分析,根据所得危险点的主应力值对泵轴进行了校核,并对泵轴的变形情况以及振动状况作了分析和研究。
【学位单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2010
【中图分类】：TH311
【部分图文】：

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流场分布的差异，并提出在导叶进口附近采用壳毅前端载荷结构，有效地抑制叶背面与壳毅面之间区域的流动分离，而在导叶出口附近采用壳缘末端载荷，免导叶背面与壳缘面之间的流动分离，从而减小了导叶出口下端的混合损失〔同年瑞士学者Fel议A.Mu留i等对空间导叶式混流泵在多种工况下的泵特性进了数值计算，得到了空间导叶内静压分布和小流量下泵内的漩涡状态「，4];20年留日学者HongWang通过漩涡方法对导叶离心泵的转子与定子的相互作用行了分析，并分别对漩涡方法、试验和CFD计算方法形式下空间导叶内压力波的结果进行了对比〔‘5〕;2007年日本学者Masahir。Miyabe等对带有空间导叶的低转速的混流泵内非定常的压力波动进行了研究，还对小流量下空间导叶内的流分离现象进行了研究，得到了空间导叶流道内较详细的流场变化规律「l6];20年韩国仁荷大学的MMJin一Hyuk等人对一高效混流泵进行数值模拟与计算，分内部的三维粘性流动「‘7]。

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善流动条件。确定叶轮主要尺寸的方法主要有两种:相似换算法和速度系数法。本研究采用速度系数法确定叶轮主要尺寸，叶轮轴面图和平面图如下图2.1所示:哄哄哄哄哄 {{{{{{{{{{{III一气 jjj匡匡匡匡匡二二一一月月月「「「「「「 lllll图2.1叶轮轴面投影图和平面图 Fig.2.1TheaxialProjectionandfloorPlanoftheimPeller其中，泵轴直径d一38mm，叶轮进口直径D，一125mm，叶轮出口直径DZ=305mm，叶轮出口宽度bZ二14mm，叶轮叶片数Z=6叶片绘型采用方格网保角变换法进行绘制，其轴面截线和?

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