【摘要】：螺旋離心泵是一種結(jié)構(gòu)特殊并且較為新穎的泵,其獨特的螺旋離心式葉輪可以充分發(fā)揮螺旋泵和離心泵的優(yōu)勢。作為污水泵使用時,螺旋離心泵的效率高于旋流式雜質(zhì)泵和離心式雜質(zhì)泵。除此之外,螺旋離心泵的無堵塞性、無損性以及吸入性能均優(yōu)于一般離心泵。但是單葉片螺旋離心式葉輪由于結(jié)構(gòu)不對稱,存在較大的偏心,在運行時會產(chǎn)生較大的離心力,同時葉輪所受的徑向力也較大,使得轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動問題較為嚴(yán)重。針對螺旋離心泵的水力平衡問題,本文所做的主要工作以及得到的主要結(jié)論如下:(1)對螺旋離心泵的設(shè)計方法進行了簡要的介紹,結(jié)合具體的設(shè)計參數(shù),應(yīng)用方格網(wǎng)保角變換法對螺旋離心泵葉輪進行了水力設(shè)計,利用Pro/E5.0對螺線離心泵進行三維建模,并對葉片進行了高斯曲率檢測,發(fā)現(xiàn)在葉輪進口處輪轂側(cè)葉片高斯曲率變化較快,此處葉片光滑程度較低。(2)利用CFX15.0對螺旋離心泵的內(nèi)部流場進行了穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)數(shù)值模擬,對穩(wěn)態(tài)計算時徑向截面、軸截面和葉輪表面上的壓力分布和速度分布進行了分析,發(fā)現(xiàn)在葉輪進口處存在脫流現(xiàn)象,在葉輪流道較大范圍內(nèi)存在漩渦,蝸殼中存在明顯的二次流動,這不利于蝸殼內(nèi)流體的能量轉(zhuǎn)換,影響了泵效率的提高。隨著葉片包角的增大以及葉輪半徑的增大,葉輪表面的壓力逐漸增大,葉片工作面根部存在低壓區(qū)。由于葉輪結(jié)構(gòu)和葉輪表面的壓力分布都不對稱,這使得葉輪所受的徑向力較大。(3)介紹了常用的徑向力計算方法,對瞬態(tài)計算時葉輪所受的徑向力分布以及蝸殼內(nèi)部的壓力脈動進行了分析,發(fā)現(xiàn)葉輪上的徑向力在不同流量工況下均呈周期性變化,周期和葉輪旋轉(zhuǎn)一周所用的時間相同。在設(shè)計流量工況下葉輪所受徑向力的最大值相對較小,偏離設(shè)計流量工況越遠(yuǎn),最大徑向力的數(shù)值也越大,小流量工況下和大流量工況下徑向力最大值出現(xiàn)的方位相反。徑向力由恒定量和脈動量組成,隨著頻率的增加,脈動峰值逐漸減小。壓力脈動的主頻為軸頻,壓力脈動的峰值出現(xiàn)在主頻及其倍頻處,并且主要為低頻脈動。(4)采用基于有限元法的專業(yè)轉(zhuǎn)子動力學(xué)分析軟件SAMCEF Rotor對螺旋離心泵的臨界轉(zhuǎn)速和模態(tài)振型以及瞬態(tài)響應(yīng)進行計算分析,發(fā)現(xiàn)隨著階次的增加,轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的渦動頻率也逐漸變大,轉(zhuǎn)子屬于剛性轉(zhuǎn)子,在設(shè)計條件下不會發(fā)生共振,并且轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的前四階模態(tài)振型均表現(xiàn)為彎曲變形。當(dāng)考慮徑向力對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)的影響時,轉(zhuǎn)子的振動過程中會體現(xiàn)出徑向力的頻率成分。(5)分析了不同的葉片出口邊切割形式下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動情況和葉輪配重對螺旋離心泵水力平衡性能的影響,發(fā)現(xiàn)隨著葉片出口邊切割角度的增大,葉輪所受的徑向力逐漸減小,同時振動位移也逐漸減小,切割角度存在最優(yōu)值。轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的不平衡類型為動不平衡,采用雙面平衡法對葉輪進行平衡后,發(fā)現(xiàn)在“干態(tài)”和“濕態(tài)”下,轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動情況均得到改善,水力平衡性能有所提高。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH311
【圖文】：

江 蘇 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 第一章 緒論.1 研究背景及意義螺旋離心泵是一種結(jié)構(gòu)新穎的雜質(zhì)泵，在 20 世紀(jì) 60 年代由瑞士工程師artin Sthale 研制出來，并將其用于港口輸送活魚，圖 1.1 為常用螺旋離心泵的型結(jié)構(gòu)圖。螺旋離心泵具有獨特的螺旋扭曲葉片，該葉片結(jié)合了螺旋泵和離心的優(yōu)勢，使其表現(xiàn)出無堵塞性好、無損性好、吸入性能好和較好的抗氣蝕性能優(yōu)點。同時，螺旋離心泵具有陡降的流量-揚程曲線和平坦的流量-功率曲線，意味著它運行的平穩(wěn)性和無過載性能較好。

應(yīng)用廣泛，并且實用性較強，故本文應(yīng)用速度系進行水力設(shè)計。參數(shù)選擇常見的螺旋離心泵作為模型，對單葉片螺旋離心泵進行如表 2.1 所示。表 2.1 設(shè)計參數(shù)Tab 2.1 Design parameters(m3/h) 揚程(m) 轉(zhuǎn)速(r/min) 200 32 1480 方法

圖 2.2 軸面投影圖Fig 2.2 Axis projection于螺旋離心泵包角較大，本文并未分中間流線，只對前后蓋板兩條流線點，和普通離心泵葉片的加厚方式相同，葉片從工作面向背面進行加文設(shè)計的螺旋離心泵只有一個葉片，葉輪的結(jié)構(gòu)不對稱，故需要對葉輪，使葉輪具有較好的水力平衡性能，能夠平穩(wěn)運行。水室水力設(shè)計究表明螺旋形壓水室的性能優(yōu)于環(huán)形壓水室。螺旋部分的容積作用決定心泵的最大流量，螺旋形壓水室有助于離心力作用產(chǎn)生的壓力升高，而室對壓力的增加有抑制作用，結(jié)果使泵的揚程下降。合考慮以上兩種壓水室形狀，本文采用螺旋形壓水室，具體可參考一般水室的設(shè)計方法進行水力設(shè)計，此處不再贅述。壓水室的木模圖如圖

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本文編號：2787922