【摘要】：緊湊型磁力泵體積小、重量輕,輸送液體無泄漏、無軸封,主要用于特種工程設(shè)備中。傳統(tǒng)離心泵尺寸大,軸封易泄漏,且不耐腐蝕,使用壽命短,無法滿足特種工程的使用場(chǎng)合要求。本課題結(jié)合中國(guó)人民解放軍某部開發(fā)合同,設(shè)計(jì)開發(fā)了型號(hào)為CJRB8-70LW的緊湊型磁力泵。按緊湊型磁力泵參數(shù)進(jìn)行葉輪、蝸殼水力設(shè)計(jì),對(duì)包括前間隙及后間隙水體等在內(nèi)的泵端全流場(chǎng)進(jìn)行三維定常模擬,將模型樣機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性。利用正交試驗(yàn)方法,對(duì)葉輪進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),得到優(yōu)化葉輪水力參數(shù);改變泵體壓水室的水力尺寸,并進(jìn)行實(shí)驗(yàn),比對(duì)分析得到泵在不同壓水室水力尺寸下的性能。將定常計(jì)算結(jié)果作為初始條件進(jìn)行非定常計(jì)算,得到泵內(nèi)壓力脈動(dòng)以及葉輪上的軸向力和徑向力變化情況�；赪orkbench軟件對(duì)磁力泵各部件(葉輪、泵體、隔離套)進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜力和結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析,得到磁力泵受力情況和模態(tài),驗(yàn)證磁力泵設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的可靠性。本課題主要研究?jī)?nèi)容及成果如下:1.依據(jù)中國(guó)人民解放軍某部開發(fā)合同要求,結(jié)合緊湊型磁力泵尺寸嚴(yán)格限制、小流量、高揚(yáng)程等特點(diǎn),設(shè)計(jì)研發(fā)了緊湊型磁力泵,包括對(duì)葉輪和蝸殼等過流部件的水力以及整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì),具有創(chuàng)新性。2.對(duì)緊湊型磁力泵的葉輪水體、蝸殼水體等在內(nèi)的流體區(qū)域進(jìn)行了實(shí)體建模,并對(duì)所有流體區(qū)域三維模型進(jìn)行了網(wǎng)格劃分。通過CFD軟件對(duì)緊湊型磁力泵全流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,分析了在不同工況下泵內(nèi)壓力、速度分布變化規(guī)律,計(jì)算得到緊湊型磁力泵的外特性性能。在江蘇大學(xué)特種泵試驗(yàn)臺(tái)對(duì)緊湊型磁力泵進(jìn)行試驗(yàn),驗(yàn)證了數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性。3.利用正交試驗(yàn)法進(jìn)行葉輪優(yōu)化設(shè)計(jì),得到9組葉輪水力模型,對(duì)比各組泵水力性能及內(nèi)部流動(dòng)狀況,同時(shí)對(duì)揚(yáng)程和效率進(jìn)行極差分析和因素選取分析,得到分流葉片數(shù)Z=5,分流葉片周向偏置角度α=0.4θ,分流葉片進(jìn)口直徑Dsi=0.75D2,分流葉片偏轉(zhuǎn)角度θ=0°和分流葉片數(shù)Z=5,分流葉片周向偏置角度α=0.4θ,分流葉片進(jìn)口直徑Dsi=0.55D2,分流葉片偏轉(zhuǎn)角度θ=0°為分流葉片的最佳設(shè)計(jì)方案。優(yōu)化后的葉輪相比于原模型葉輪,流動(dòng)中的旋渦減少,流動(dòng)更加平滑規(guī)律,揚(yáng)程和效率均有所提高。同時(shí),設(shè)計(jì)了三種不同蝸殼的水力方案,并對(duì)三種方案實(shí)型樣機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),得到三種不同方案蝸殼的水力性能,實(shí)驗(yàn)表明,蝸殼基圓直徑和蝸殼第Ⅸ斷面面積是影響磁力泵性能的重要因素。4.對(duì)磁力泵全流場(chǎng)進(jìn)行了非定常流場(chǎng)計(jì)算,從結(jié)算結(jié)果看出:隨著流量工況的增加,葉輪內(nèi)部脈動(dòng)系數(shù)值逐漸減小,小流量工況與大流量工況時(shí),壓力脈動(dòng)主頻主要受軸頻影響,大流量工況壓力脈動(dòng)主頻在不同的監(jiān)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)不同的變化,設(shè)計(jì)流量工況脈動(dòng)規(guī)律最好;各流量工況下,蝸殼出口處較流道內(nèi)壓力脈動(dòng)更具規(guī)律性,大流量工況壓力脈動(dòng)較小流量和設(shè)計(jì)流量紊亂;設(shè)計(jì)流量下,葉輪軸向力最小,軸向力脈動(dòng)規(guī)律性最好。葉輪徑向力隨著流量的增加而減小,而流量增加,葉輪徑向力脈動(dòng)愈加紊亂。5.基于Workbench平臺(tái)對(duì)磁力泵各部件(葉輪、泵體、隔離套)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析。分析結(jié)果表明:葉輪、泵體、隔離套的機(jī)械應(yīng)力與機(jī)械變形隨著流量的增大而減小,磁力泵各部件的機(jī)械應(yīng)力和機(jī)械變形均符合磁力泵流場(chǎng)規(guī)律;葉輪區(qū)域的最大應(yīng)力為83.272MPa,泵體區(qū)域的最大應(yīng)力為78.66MPa,且葉輪與泵體的大部分區(qū)域等效總應(yīng)力均小于最大應(yīng)力,葉輪與泵體的最大應(yīng)力小于材料1Cr18Ni9Ti的極限應(yīng)力205MPa,葉輪與泵體設(shè)計(jì)滿足強(qiáng)度要求;隔離套區(qū)域的最大應(yīng)力為187.5MPa,小于材料鈦合金TC4的極限應(yīng)力825MPa。且隔離套最薄的區(qū)域最大變形量0.6889mm,小于隔離套與內(nèi)、外磁轉(zhuǎn)子之間的間隙,不會(huì)發(fā)生干涉。隔離套結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足要求。6.基于Workbench平臺(tái)對(duì)磁力泵各部件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析,分析結(jié)果表明:磁力泵各部件有預(yù)應(yīng)力和無預(yù)應(yīng)力下前6階模態(tài)的固有頻率變化幅度較小,預(yù)應(yīng)力狀態(tài)下模態(tài)的固有頻率相對(duì)無預(yù)應(yīng)力時(shí)有所提高;磁力泵各階模態(tài)的固有頻率均遠(yuǎn)離主要的流動(dòng)誘導(dǎo)激勵(lì)頻率,磁力泵不易發(fā)生共振;對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)部件葉輪,模態(tài)的變形主要集中在葉輪邊緣處;靜止部件泵體的進(jìn)口管入口處更易發(fā)生變形;靜止部件隔離套的中間軸套位置處更易發(fā)生變形。
【圖文】：

圖 2.1 葉輪水力圖2.2 壓水室水力設(shè)計(jì)壓水室同樣對(duì)磁力泵的水力性能有著重要影響，設(shè)計(jì)時(shí)盡可能減小磁力泵結(jié)構(gòu)的空間尺寸，同時(shí)，需保證壓水室?guī)缀涡途�符合流體流動(dòng)規(guī)律，使得壓水室具有較高的效率。為了獲得較為理想的流動(dòng)狀況，壓水室采用螺旋形。壓水室基圓，以 D3表示。D3稍大于葉輪外徑 D2，使隔舌和葉輪間有一適當(dāng)?shù)拈g隙。該間隙過小，，容易因液流阻塞而引起噪聲和振動(dòng)，還可能在隔舌處發(fā)生汽蝕。葉輪和隔舌的合理間隙，能減小葉輪外周流動(dòng)的不均勻性，降低振動(dòng)和噪聲，并使效率稍有提高[50]。但間隙過大，間隙處產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的液流環(huán)，消耗一定的能量，使泵效率下降，因此通常�。�32D (1 .03~1.08)D

江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文11圖 2.1 葉輪水力圖2.2 壓水室水力設(shè)計(jì)壓水室同樣對(duì)磁力泵的水力性能有著重要影響，設(shè)計(jì)時(shí)盡可能減小磁力泵結(jié)構(gòu)的空間尺寸，同時(shí)，需保證壓水室?guī)缀涡途�符合流體流動(dòng)規(guī)律，使得壓水室具有較高的效率。為了獲得較為理想的流動(dòng)狀況，壓水室采用螺旋形。壓水室基圓，以 D3表示。D3稍大于葉輪外徑 D2，使隔舌和葉輪間有一適當(dāng)?shù)拈g隙。該間隙過小，容易因液流阻塞而引起噪聲和振動(dòng)，還可能在隔舌處發(fā)生汽蝕。葉輪和隔舌的合理間隙，能減小葉輪外周流動(dòng)的不均勻性，降低振動(dòng)和噪聲，并使效率稍有提高[50]。但間隙過大，間隙處產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的液流環(huán)，消耗一定的能量，使泵效率下降，因此通常取：32D (1 .03~1.08)D高比轉(zhuǎn)速和尺寸較小的泵取大值，反之取小值，因磁力泵比轉(zhuǎn)速低，基圓直徑設(shè)置為 242mm。壓水室進(jìn)口寬度 b3大于葉輪包括前、后蓋板的葉輪出口寬度 B2，使得葉輪前后蓋板帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)的液體可通暢地流入壓水室。通常�。篵 B(5~10)mm32 （2.11）因 B 9mm2 ，取壓水室進(jìn)口寬度為 b 16mm3 。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH38

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2633124