海水淡化能量回收增压一体机关键结构设计与力学特性分析
发布时间：2020-07-15 00:07
【摘要】：为满足小型岛屿、船舶、潜艇和海洋平台对海水淡化系统集成化、低占空和低成本的需求,结合现有正位移式能量回收技术与旋转高压柱塞泵技术优势和能量特征,本文对反渗透海水淡化系统中的能量回收模块、高压泵送模块和压力提升模块进行集成一体机设计。一体机为多通道双腔单一转子同轴结构,可实现海水淡化系统中三大关键装备(能量回收装置、高压泵和压力提升泵)的功能,且具有以下优点:占用空间更小,无中间连接管路与控制阀门,大幅度减少了高压动、静密封环节,本质上提高了系统的安全可靠性。本文以能量回收增压一体机装置为研究对象,通过理论计算、仿真分析和实验研究相结合的方法对一体机装置的关键部件进行结构设计和力学特性分析,重点研究了一体机装置中配流副、柱塞副、滑靴副、球铰副等重要摩擦副的接触形式和力学性能,为小型化能量回收装置的研究工作积累了技术和工程经验。本论文主要研究工作和成果如下:(1)阐述了能量回收增压一体机的工作原理和工作过程。根据流量和压力等工艺参数对柱塞副结构尺寸进行初步设计。运用Pro/Engineer建立了 一体机装置的三维模型,对柱塞和滑靴进行运动学分析。运用MATLAB对柱塞与转子缸孔泄露特性分析和间隙优化,对装置流量脉动特性进行分析。一体机装置工作压力p=6MPa,处理原海水工作流量为QI=5m3/h,工作流量脉动率为0.024。(2)对柱塞、滑靴、转子缸体、止推盘、配流盘、转子轴承和中心弹簧等一体机装置关键部件进行力学分析和结构设计,并完成关键部件的加工图纸。对配流副、柱塞副、滑靴副、球铰副等重要摩擦副配对进行选材分析,选择改性聚醚醚酮工程材料与双相不锈钢2205金属材料的软对硬配对方式,两者皆具有较好的抗海水介质腐蚀能力、机械强度和表面硬度。对改性聚醚醚酮复合材料进行了力学性能测试实验,测得改性聚醚醚酮复合材料强度极限为123.3MPa,杨氏模量为5.6GPa。一体机装置柱塞副设置环缝间隙为6～10μm,滑靴副端面设置间隙为12 μ m,配流副设置端面间隙为8～12 μm,转子副设计端面间隙为8～12 μ m,装置最大总泄漏量为104.37ml/s,最大容积损失效率为4.70%。(3)运用ANSYS结构模块对柱塞副、球铰副、滑靴副和配流副进行了静力学分析和接触分析,对核心部件的应力分布情况、变形情况及主要影响因素进行了探讨,其中柱塞副接触区域变形量为3.2um,滑靴副滑靴底面变形量为3.3um,球铰副接触区域变形量为5.0um,配流副密封带变形量为5.0μm,均小于间隙允许变形量,且各处所受应力强度显著小于材料许用应力,仿真结果验证了 一体机设计可行性和结构可靠性。对球铰副和配流副进行了优化设计和技术改进,滑靴与配流盘均采用改性聚醚醚酮复合材料覆盖不锈钢金属基体的设计方案,其中滑靴球窝垫厚度取0.5mm,配流盘外表面覆盖膜厚度取1mm。(4)对制造的球铰副组件进行脱靴实验分析,观察载荷-变形曲线的变化规律。结合球铰副模型的仿真计算结果,探索球铰副脱靴损坏的力学响应分析,本文设计并制作出的球铰副模型能够承受约4000N的极限拉力载荷,在一体机装置工作城中,能有效应对各工况下的载荷作用。最后,总结全文,并对下一步工作提出展望。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P747
【图文】：
反渗透膜的转换率为４０％，仍有约６０％的高压浓盐水保持接近６ＭＰａ的液压逡逑力截留在渗透膜前［１２］。工程中通常对高压浓盐水采用能量回收装置进行压力能回逡逑收，对相同流量的低压海水进行加压做功。如图１．１，在配有能量回收装置的海逡逑水淡化体统中，低压海水进流分为两部分，约４０％的进流由高压泵加压至膜前压逡逑力，直接输送至反n蛲改と肟冢迹叮埃サ慕骶赡芰炕厥兆爸眉友梗⒕鲅瑰义媳貌棺阊沽螅椭练瓷改と肟凇Ｓ胛抟禾迥芰炕厥兆爸玫模樱祝遥舷低诚啾龋义希插义
本文编号：2755678
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P747
【图文】：
反渗透膜的转换率为４０％，仍有约６０％的高压浓盐水保持接近６ＭＰａ的液压逡逑力截留在渗透膜前［１２］。工程中通常对高压浓盐水采用能量回收装置进行压力能回逡逑收，对相同流量的低压海水进行加压做功。如图１．１，在配有能量回收装置的海逡逑水淡化体统中，低压海水进流分为两部分，约４０％的进流由高压泵加压至膜前压逡逑力，直接输送至反n蛲改と肟冢迹叮埃サ慕骶赡芰炕厥兆爸眉友梗⒕鲅瑰义媳貌棺阊沽螅椭练瓷改と肟凇Ｓ胛抟禾迥芰炕厥兆爸玫模樱祝遥舷低诚啾龋义希插义
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