低温潜液泵轴向力平衡装置特性研究

发布时间：2017-05-15 14:10

  本文关键词：低温潜液泵轴向力平衡装置特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：低温潜液泵作为低温深冷液体的新型输送泵,凭借特殊的结构和工作方式,具有安全、无泄漏、可靠性高等优点,在液化天然气等产业中应用广泛。轴向力平衡装置作为低温潜液泵中的重要部件,用于平衡叶轮轴系上作用的轴向力,提高轴和轴承等关键零部件的使用寿命,确保泵在苛刻的环境中有较强的工作可靠性。低温潜液泵平衡装置的设计比普通离心泵平衡装置需要考虑更多因素,如内部流体的温升、平衡装置轴向刚度等。本文对平衡装置特性进行了深入研究,为解决低温潜液泵的轴向力平衡问题提供依据。本文针对所研究的低温潜液泵进行了轴向力的分析与计算,并提出改进的平衡装置结构,得到了径向间隙-平衡盘(GS-BD)、径向迷宫-平衡盘(LS-BD)和径向迷宫-端面加工动压槽平衡盘(LS-SGBD)三种平衡装置。应用Fluent软件,对不同平衡装置内部流场进行了数值计算,得到流场压力、速度和温度分布等物理参数,及平衡力、轴向稳态刚度、剩余有效平衡力、泄漏率等平衡装置性能参数的变化规律。对比分析可知LS-BD平衡装置和LS-SGBD平衡装置具有轴向刚度大、泄漏率小等优点,并且LS-SGBD平衡装置可以在轴向间隙减小至一定值后,产生较大动压力大幅提高平衡力及轴向刚度,能够显著提高平衡装置的可靠性。研究了平衡装置的主体结构参数、迷宫结构参数及动压槽结构参数对平衡性能的影响规律。发现主体结构参数对正常工作时的平衡装置性能影响最大,迷宫结构参数可以优化平衡装置性能,动压槽结构参数对小轴向间隙下的动压效应有决定作用。设计和制造了试验平衡装置,搭建了平衡装置试验系统。通过试验分别研究了平衡装置中迷宫结构参数及工况参数对平衡性能的影响。试验结果与数值计算结果较为一致,验证了计算方法的正确性。本文对低温潜液泵平衡装置性能的研究,阐明了低温潜液泵平衡装置设计的关键问题及解决方案,并且给出了相应结构参数优选区间,对指导低温潜液泵的设计具有重要意义。
【关键词】：低温潜液泵 平衡装置 平衡特性
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH38
【目录】：

• 学位论文数据集3-4
• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 符号说明14-16
• 第一章 绪论16-24
• 1.1 课题来源、研究目的及意义16
• 1.2 低温潜液泵及其轴向力平衡装置16-18
• 1.2.1 低温潜液泵16-17
• 1.2.2 低温潜液泵平衡装置17-18
• 1.3 轴向力计算及平衡装置研究进展18-22
• 1.3.1 轴向力计算方法研究进展18-20
• 1.3.2 平衡装置结构的研究进展20-22
• 1.3.3 液体迷宫密封的研究22
• 1.4 本课题主要研究内容22-24
• 第二章 低温潜液泵轴向力分析及平衡装置结构设计24-32
• 2.1 叶轮轴系的轴向力分析与计算24-27
• 2.1.1 叶轮盖板外表面压力分布不相同产生的轴向力25-26
• 2.1.2 动反力26-27
• 2.1.3 轴肩和轴端等结构因素产生的轴向力27
• 2.2 低温潜液泵平衡装置结构设计27-30
• 2.2.1 GS-BD平衡装置27-28
• 2.2.2 LS-BD平衡装置28-29
• 2.2.3 LS-SGBD平衡装置29-30
• 2.3 本章小结30-32
• 第三章 低温潜液泵平衡装置性能数值研究32-48
• 3.1 平衡装置主要性能参数32-33
• 3.2 平衡装置性能的数值计算33-37
• 3.2.1 计算模型33-34
• 3.2.2 网格划分34
• 3.2.3 控制方程34-35
• 3.2.4 湍流模型35-36
• 3.2.5 边界条件和计算方法36-37
• 3.3 计算结果及分析37-47
• 3.3.1 平衡装置内部压力分布37-40
• 3.3.2 平衡装置内部速度分布40-42
• 3.3.3 平衡装置的平衡力42-43
• 3.3.4 轴向刚度43-45
• 3.3.5 温度分布45-46
• 3.3.6 泄漏率与容积效率46-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第四章 低温潜液泵平衡装置结构参数分析48-66
• 4.1 平衡装置主体结构参数对平衡性能影响48-54
• 4.1.1 平衡盘外径R_2对平衡性能影响48-51
• 4.1.2 平衡盘内径R_3对平衡性能影响51-54
• 4.2 迷宫结构参数对平衡装置性能影响54-57
• 4.2.1 密封间隙b_1对平衡性能影响55
• 4.2.2 空腔深度h对平衡性能影响55-56
• 4.2.3 齿宽l_1对平衡性能影响56
• 4.2.4 齿数n对平衡性能影响56-57
• 4.3 螺旋动压槽结构参数对平衡性能的影响57-63
• 4.3.1 螺旋角α对平衡性能的影响58-59
• 4.3.2 槽深h_g对平衡性能的影响59-61
• 4.3.3 槽宽比γ对平衡性能的影响61-63
• 4.4 本章小结63-66
• 第五章 平衡装置性能试验研究66-78
• 5.1 平衡装置性能试验系统66-70
• 5.1.1 平衡性能试验装置67-68
• 5.1.2 辅助系统68-70
• 5.2 试验内容70-71
• 5.3 试验结果与分析71-76
• 5.3.1 迷宫结构参数对平衡性能的影响试验72-75
• 5.3.2 工况参数对平衡性能的影响试验75-76
• 5.4 本章小结76-78
• 第六章 结论与展望78-80
• 6.1 总结78-79
• 6.2 展望79-80
• 参考文献80-84
• 致谢84-86
• 研究成果及发表的学术论文86-88
• 作者及导师简介88-89
• 附件89-90

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 刘有军;迷宫密封湍流增阻的数值研究[J];计算力学学报;2005年03期

2 杨惠霞,顾永泉;圆弧深槽热流体动压机械密封理论研究[J];流体机械;1997年09期

3 常殿琴;;离心泵平衡系统技术分析[J];煤炭技术;2007年12期

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5 汪国庆;;多级高压离心泵轴向力平衡装置研究与应用[J];通用机械;2006年10期

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1 刘在伦;浮动叶轮自动平衡离心泵轴向力的理论分析[D];兰州理工大学;2006年

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本文编号：367978