海水淡化柱塞式高压泵与能量回收一体机数值模拟与试验研究

发布时间：2020-08-20 09:11

【摘要】：近年来,为了解决海岛、远洋舰船、钻井平台等缺乏淡水资源场合的用水问题,中小型海水淡化装置的使用需求猛增。柱塞式能量回收一体机是海水淡化系统中的重要组成元件,其泵端将海水压力提高,以达到反渗透膜法海水淡化的压力要求,同时其马达端回收高压废水中的能量,起到节能减排的作用。然而一体机在运转过程中产生的流量、压力脉动和空化现象,易诱导一体机产生严重的振动和噪声难题,影响海水淡化系统的低噪、稳定运行。本文针对海水淡化柱塞式能量回收一体机内部的流量压力特性开展了一系列数值模拟和试验研究工作,为柱塞式能量回收一体机的减振降噪等优化提供了理论依据。本文的主要研究内容和成果主要如下:(1)针对海水淡化柱塞式能量回收一体机的内部构造,将泵端与马达端独立建模,对其泵端进行柱塞腔流量压力求解和出口流量压力求解,并针对马达端进行柱塞腔流量压力求解和进口流量求解。对比分析了不同转速下的泵端出口动态流量,得出一个旋转周期下出口流量脉动与转速的关系。针对不同阻尼槽参数下的出口流量脉动率进行分析对比,优化了阻尼槽的几何参数。(2)在考虑介质的动态弹性模量的情况下,基于Schnerr-Sauer空化模型分别对泵端以及马达端的空化流动进行了数值模拟,分析了能量回收一体机内部空穴形态云图随时间的变化过程,发现一体机内的空化现象主要出现在泵端的阻尼槽与柱塞腔内部。分析了空化状态下柱塞腔内压力随时间的变化,发现柱塞腔内发生空化的起始时间。针对配流盘闭死区与柱塞腔初始位置配错角的关系,通过改变泵端配错角的方式,优化了柱塞腔内的压力脉动率。(3)为了分析不同工况下海水淡化柱塞式能量回收一体机泵端的压力脉动特性,在泵端进出口分别布置压力脉动监测点,分别在转速为800r/min、1000r/min、1200r/min、1450r/min(额定转速)、1600r/min和出口压力为4.5MPa、5.5MPa、6.5MPa、7.5MPa等九种工况下进行了一系列压力脉动测量试验。压力脉动时域测量结果表明,柱塞式一体机泵端进出口的压力脉动率曲线的基波呈现出三角波的形状,随着转速的增加基波振幅衰减,而谐波的振幅逐渐增大;同时,进口压力脉动曲线波形随着转速增加产生不规律变化。压力脉动频域分析结果表明,在低转速工况下轴频是泵端出口的主要影响频率,随着转速提高,柱塞倍频成为主要影响因素,并在轴频3Z(Z为整数)倍出现谐波。随着泵端出口压力的不断增加,出口压力脉动幅值在轴频和柱塞倍频处的压力脉动幅值不断增大,压力脉动率基本不变,且频率分布更为集中;进口的压力脉动率幅值在轴频处降低,而在柱塞倍频处升高。本文的研究成果,对柱塞式海水淡化一体机的优化设计和稳定运行具有指导价值。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P747

【参考文献】