多级泵平衡盘动态平衡过程数值研究

发布时间：2017-07-14 08:12

  本文关键词：多级泵平衡盘动态平衡过程数值研究

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【摘要】：多级离心泵是一种应用面广、使用量大的水泵产品,目前,轴向力不平衡是造成多级离心泵损坏的一个重要原因。平衡盘结构简单、自动平衡性能好,故多级泵多用平衡盘来平衡其轴向力,然而,平衡盘装置的性能优劣取决于其结构参数。鉴于此,本文结合多级泵平衡盘-转子系统运动方程,在理论研究基础上,使用MATLAB软件对某多级泵平衡盘-转子系统动态平衡规律做了计算机仿真,分析了平衡盘不同结构参数对其转子系统动态平衡规律的影响。根据仿真结果可知,平衡盘动态平衡过程中的平衡值由其结构参数决定:内端面面积、轴向间隙长度、径向间隙中任意量增大,平衡值增大;径向间隙长度增大,平衡值减小。平衡盘动态平衡过程中的过冲量由轴向间隙初值与其固有的平衡值间的差值决定:两者间差值越小,过冲量越小。然而平衡盘间隙内部真实流动的研究是合理设计平衡盘的基础,目前对平衡盘间隙内的流动大多集中在层流假设条件下的理论研究,对其内部流动的数值研究较少,为了更深入地认识两间隙内的流动状态以及证明层流假设理论的可行性,本文在理论研究基础上,将FLUENT软件中的动网格技术成功运用于DG155-67×5型多级离心泵平衡盘动态平衡过程的数值模拟中,并得到如下结论:(1)平衡盘径向间隙内最大雷诺数为1000,轴向间隙内最大雷诺数为1700,绝大多数小于临界雷诺数,可认为两间隙内流动为层流。(2)在泵启动阶段,间隙内流动受垂直于间隙方向的速度脉动影响较大,在泵运转0.0052s后,流动逐渐稳定,垂直于间隙方向的速度脉动对间隙内流动影响很小,可以忽略不计。因此,可以认为两间隙内流动为层流。(3)泵刚启动时,末级叶轮出口压力低于后腔压力,故间隙中出现倒流现象;当泵运转一段时间后,末级叶轮出口压力增大,间隙中不再出现倒流;在泵运转0.0052s后,末级叶轮出口压力达到了设计值,流动受平衡盘的动态扰动影响很小,可认为两间隙内流动为层流。(4)本文在假设基础上将动网格技术成功运用于平衡盘的动态平衡过程中,从而验证了平衡盘两间隙内层流假设理论的可行性。本文的研究不但可以为平衡盘的合理设计了提供简洁有效的方法,并为平衡盘频繁出现的研磨及泄漏量大等问题提供具体的理论分析方法。从而解决多级离心泵在工作过程中运行不稳定、寿命短等问题。
【关键词】：多级离心泵 计算机仿真 平衡盘 动态平衡 动网格
【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 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 间隙流动的研究11-14
• 1.2.2 转子系统动态平衡研究现状14
• 1.2.3 动网格技术的应用14-15
• 1.3 本课题的主要研究内容15
• 1.4 本章小结15-16
• 第二章 平衡盘结构参数对多级泵转子系统动态平衡规律的影响16-26
• 2.1 平衡盘结构特点及工作原理16-17
• 2.2 平衡盘间隙内流动的假设条件17
• 2.3 平衡盘-转子系统运动规律17-20
• 2.3.1 平衡盘径向间隙流动分析17
• 2.3.2 平衡盘轴向间隙流动分析17-20
• 2.4 数值仿真平衡盘-转子系统运动规律20
• 2.4.1 多级离心泵平衡盘基本参数20
• 2.4.2 边界条件及求解20
• 2.5 结果分析20-25
• 2.5.1 改变平衡盘轴向间隙初始值20-21
• 2.5.2 改变平衡盘内、外径21
• 2.5.3 改变平衡盘内端面尺寸21-23
• 2.5.4 改变平衡盘径向间隙长度23
• 2.5.5 改变平衡盘径向间隙23-24
• 2.5.6 改变多级泵叶轮级数24-25
• 2.6 本章小结25-26
• 第三章 多级泵平衡盘动态平衡数值模拟理论26-34
• 3.1 计算流体动力学概述26
• 3.2 流体力学控制方程26-27
• 3.3 湍流模型27-29
• 3.4 方程的离散29-30
• 3.5 压力-速度耦合方法30
• 3.6 动网格技术30-33
• 3.6.1 动网格计算的控制方程31
• 3.6.2 边界运动或变形的指定31-32
• 3.6.3 动网格更新方法32
• 3.6.4 用户自定义函数与程序编写32-33
• 3.7 本章小结33-34
• 第4章 多级泵平衡盘动态平衡数值模拟研究34-41
• 4.1 研究模型各结构参数34
• 4.2 理论计算34-35
• 4.3 多级离心泵转子系统动态平衡规律35-37
• 4.4 模型的建立37
• 4.5 网格的生成37-38
• 4.6 模型检验38
• 4.7 动态模拟设置38-40
• 4.8 本章小结40-41
• 第5章 数值模拟结果分析41-64
• 5.1 动态模拟的外特性检验41
• 5.2 平衡盘两间隙内流态判别41-59
• 5.2.1 平衡盘两间隙内的雷诺数42-43
• 5.2.2 平衡盘两间隙内速度矢量分析43-59
• 5.3 压力分析59-63
• 5.4 本章小结63-64
• 结论与展望64-66
• 一、结论64
• 二、存在的问题64-65
• 三、展望65-66
• 参考文献66-70
• 致谢70-71
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录71

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