含气率变化对轴流式油气混输泵轴扭应力的影响及改善

发布时间：2017-04-16 11:19

  本文关键词：含气率变化对轴流式油气混输泵轴扭应力的影响及改善，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：轴是泵体当中转动部分很重要的组成部件之一,对于混输泵来讲,由于在输送中介质很复杂,所以轴不仅起传递功率的功能,而且还能起到承载弯曲、扭转和疲劳等应力的作用,同普通意义上的轴相似,泵轴是轴流式油气混输泵中非常重要、核心的零部件。并且因为混输泵的结构复杂性,在考虑其密封性、体积大小、材料选用、经济效益、轴向力、扭矩等因素,使得混输泵轴的设计一直是一个难点,因此泵轴的强度、振动等状况决定了整个泵的工作状况和使用寿命。 本文主要针对泵轴之上受到的扭矩而产生的一系列变化进行详细的分析和讨论,气液混输泵在含气率急剧变化的情况下,会在进出口产生压力波动,而泵轴上受到的应力变化比较剧烈,就会产生应力集中,对泵轴的使用寿命和稳定的运行造成一定的影响。为了改变这一情况,当含气率增高时,我们在保证扬程不变,也就是出口压力变化较小的情况下,通过升高转速的方法来保证混输泵的正常运转。 本文综合分析了油气混输泵的发展现状和发展趋势,并且对两相流泵的设计理论和CFD基本理论进行了系统的阐述,分析了怎样利用CFD软件处理模拟的形式中所能用到的混输模型以及数值计算的方法。在文章模拟之初,首先利用三维造型软件Pro/e建立三级三维流场实体模型,再将实体模型导入网格划分软件ICEM之中,对流场模型进行网格划分,将得到的网格在FLUENT后处理软件中进行模拟参数、边界条件、湍流模型、压力耦合算法等参数进行设置,完成多相流场的数值模拟分析。对于实体结构的处理,同样采用Pro/e软件进行建模,将建立好的三维结构模型的网格的划分和结构分析直接导入Workbench软件中进行分析,得到叶轮叶片和轴的应力和应变的变化和含气率之间的关系,实现了混输泵的轴扭应力的分析。 对不同含气率工况下的混输泵叶轮和轴上的应力进行模拟分析,得到了含气率与轴扭应力分布及变形分布的变化曲线等,对轴上的应力集中进行改善分析,得到含气率变化,扬程不变时的最优转速分配情况,对以后的轴流式油气混输泵的设计改善有做有益的尝试。
【关键词】：轴流式油气混输泵 轴 叶轮 应力分布 应变分布
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH38
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 油气混输泵概述及其研究意义10-12
• 1.2 国内外研究现状综述12-14
• 1.2.1 国外研究现状综述12-13
• 1.2.2 国内研究现状综述13-14
• 1.3 两相流动的理论研究14-16
• 1.3.1 分相流模型(Separated Flow Model)14-15
• 1.3.2 均相流模型(Homogeneous Flow Model)15
• 1.3.3 漂移模型(Drift—Flux Model)15-16
• 1.4 本文的主要研究内容16-17
• 1.5 小结17-18
• 第2章 实体模型的建立以及网格划分18-31
• 2.1 计算区域三维建模18-25
• 2.1.1 设计参数18
• 2.1.2 轴流泵叶片设计理论18-20
• 2.1.3 轴流压缩机的设计理论20-21
• 2.1.4 流场模型的建立21-24
• 2.1.5 叶轮与轴结构体实体建模24-25
• 2.2 网格划分25-30
• 2.2.1 网格生成技术25
• 2.2.2 网格类型与网格单元25-26
• 2.2.3 网格生成方法26-27
• 2.2.4 网格生成软件ICEM27-28
• 2.2.5 网格划分过程28-30
• 2.3 小结30-31
• 第3章 数值模拟简介及气液两相流动理论31-38
• 3.1 湍流的数值模拟方法及简介31-35
• 3.1.1 湍流简介31
• 3.1.2 湍流模型31-33
• 3.1.3 湍流数值模拟方法33-34
• 3.1.4 三维湍流模型及输运方程34-35
• 3.2 气液两相流控制方程35-36
• 3.2.1 质量守恒方程35
• 3.2.2 动量守恒方程35
• 3.2.3 能量守恒方程35-36
• 3.3 近壁区域处理36-37
• 3.4 两相流动模型的选取37
• 3.5 小结37-38
• 第4章 模型的CFD过程及轴扭应力的计算38-46
• 4.1 引言38-39
• 4.2 常见的数值模拟软件CFD概述39
• 4.3 CFD模拟过程39-42
• 4.3.1 选用控制方程39-40
• 4.3.2 确定边界条件和初始条件40
• 4.3.3 计算网格划分40-41
• 4.3.4 选用离散方法和建立离散方程41
• 4.3.5 离散初始条件与边界条件41
• 4.3.6 设置求解控制参数及求解离散方程组41
• 4.3.7 判断解的收敛性41
• 4.3.8 显示与输出结果41-42
• 4.4 模拟计算设置42
• 4.5 轴流式油气混输泵性能的定义及预判方法42-43
• 4.6 基于流固耦合的轴结构静力分析43-44
• 4.7 轴扭应力的计算44-45
• 4.8 小结45-46
• 第5章 CFD模拟计算与结果分析46-65
• 5.1 全流场数据设置46
• 5.2 YQH-100型轴流式油气混输泵的外特性分析46-48
• 5.3 模拟图片及结果分析48-62
• 5.3.1 流量为80m~3/h时流场内部流动与结构应力分析48-60
• 5.3.2 单向流固耦合应力应变曲线60-62
• 5.4 含气率变化对轴扭应力影响的改善62-64
• 5.4.1 恒定扬程系统的构成62-63
• 5.4.2 变频调速系统工作过程63-64
• 5.5 小结64-65
• 结论与展望65-68
• 参考文献68-72
• 致谢72-73
• 附录A (攻读学位期间所发表的学术论文目录)73

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本文编号：310713