口环间隙对熔盐泵性能及转子受力与形变的影响

发布时间：2020-11-02 10:05

　　 熔盐在化工产品的制备以及太阳能发电中得到了非常广泛的应用,且不同于一般的清水介质与油介质,熔盐的粘度大,温度高,因此对于输送熔盐的设备要求较高,这就使得熔盐泵的研究很有必要。口环间隙的设计目前可供参考的内容不多,因此本文以一台离心式熔盐泵为研究对象,通过ANSYS FLUENT以及ANSYS Workbench计算了不同口环径向间隙以及不同口环轴向长度下该熔盐泵的外特性、内流场以及流固耦合状态下该熔盐泵转子部件的受力及形变情况,分析不同口环径向间隙以及不同口环轴向长度对于该熔盐泵的性能以及转子部件受力的影响。首先根据设计参数对熔盐泵进行设计,对设计好的模型在两种介质不同流量下进行三维定常模拟,发现熔盐介质下的效率以及扬程略低于清水介质,但是功率远高于清水介质。同时也分析了不同温度下该熔盐泵的性能变化,结果表明随着温度的升高,该熔盐泵的功率降低,而效率升高。其次,分析了不同口环径向间隙以及轴向长度下熔盐泵的外特性与内部流场,研究表明随着口环径向间隙的增加熔盐泵的扬程降低,功率增加且效率降低;随着口环轴向长度的增加,熔盐泵的扬程有明显的增加,功率有较大的下降,效率略微有所升高。内部流场随着口环间隙的不同而有所不同,随着口环径向间隙的增加泵体前腔内压力梯度增大,速度梯度减小,涡的位置朝叶轮的出口方向移动,涡的尺度开始增加;随着口环轴向长度的增加,该熔盐泵前腔内的压力梯度增加。最后,在流场分析的基础上利用ANSYS Workbench对流固耦合状态下的熔盐泵转子部件受力及形变量进行分析,发现熔盐介质下转子部件的受力及形变量要远大于清水介质;随着口环径向间隙的增加叶轮以及轴的最大等效应力先增加后减小,最大形变量也呈现先增大后减小的趋势,最大形变量的峰值出现在径向间隙为0.35mm处,并且随着口环径向间隙的增加,叶轮盖板以及叶片上的等效应力增加;随着口环轴向长度的增加,叶轮以及轴上的最大等效应力增加,转子部件的最大形变量先增加后减小,最大形变量的峰值出现在轴向长度为20mm处,而且随着口环轴向长度的增加叶轮前盖板上所受的应力减小。虽然口环径向间隙以及轴向长度对于转子部件的最大形变量有影响,但是随着口环间隙结构的改变,转子部件上的形变量分布看不出明显且有规律的变化。本文通过研究口环间隙对熔盐泵外特性、内流场以及转子部件受力与形变的影响,为以后熔盐泵以及相似结构的泵的口环间隙设计提供了一定的参考依据。
【学位单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TH38
【部分图文】：

能也是新型清洁可再生能源的一种。从 1950 年苏联建立第一座太阳能光热电站开始，对太阳能发电的研究就从未停止过。目前，太阳能光热发电也是国内的一个主要研究课题，据不完全统计，截至目前为止，国内在运行或正在修建的太阳能电站有 20 多座。IEA（国际能源署）预测到 2060 年光热直接发电及采用光热化工合成燃料发电共占全球电力结构约 30%。2016 年 9 月 13 日，国家能源局正式发布了《国家能源局关于建设太阳能热发电示范项目的通知》，光热电价及光热示范项目均已尘埃落定，这也标志着我国对于太阳能的研究与利用全面开始。熔盐在常温下表现为固态，物理特性优良且化学性质稳定，具有较高的导电率，饱和蒸气压比较低，但是热容量相对较大，使用的温度范围较广，因此熔盐除了在化工产品的制备以及太阳能光热发电中得到大量应用，也被广泛地用作蓄热材料和传热介质。随着熔盐在各个领域被广泛应用，熔盐泵的设计及使用就是水到渠成，这就使得熔盐泵的研究急需进行。目前这些熔盐泵通常是采用立式泵，均设有变频装置，电机位于罐顶的支撑结构上，泵的长轴深入罐底部将液态硝酸盐泵送到吸热器或换热器。在未来先进核能和光热电站中，熔盐泵输送的是蓄热

图 3.1 叶轮轴面投影及三维造型图3.2.2 熔盐泵导叶设计空间导叶可以将叶轮出口的液体收集起来输送到下一级叶轮的入口处或者是口管路，将速度能转换为压力能回收一部分能量[58]。空间导叶设计时同样应该考流道断面湿周尽量小，流道形状变化平滑，流道内的速度变化均匀等原则。对于空间导叶的设计仍然是采用速度系数法进行计算，经计算所得的空间导叶的基本数见表 3.3，图 3.2 为空间导叶的轴面投影图及三维造型图。表 3.3 导叶相关结构参数结构参数导叶内流线最大直径 D3导叶外流线最大直径 D4导叶轴向长度 L 导叶叶片数 z数值 312 (mm) 360 (mm) 136.8 (mm) 8结构参数导叶叶片包角进口安放角3出口安放角4

?鞘??150 (mm) 285 (mm) 24 (mm) 6 148（°）图 3.1 叶轮轴面投影及三维造型图3.2.2 熔盐泵导叶设计空间导叶可以将叶轮出口的液体收集起来输送到下一级叶轮的入口处或者是出口管路，将速度能转换为压力能回收一部分能量[58]。空间导叶设计时同样应该考虑流道断面湿周尽量小，流道形状变化平滑，流道内的速度变化均匀等原则。对于该空间导叶的设计仍然是采用速度系数法进行计算，经计算所得的空间导叶的基本参数见表 3.3，图 3.2 为空间导叶的轴面投影图及三维造型图。表 3.3 导叶相关结构参数结构参数导叶内流线最大直径 D3导叶外流线最大直径 D4导叶轴向长度 L 导叶叶片数 z数值 312 (mm) 360 (mm) 136.8 (mm) 8结构参数导叶叶片包角进口安放角3出口安放角4数值 90（°） 8 (°) 90 (°)
【参考文献】

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本文编号：2866904