【摘要】：為滿足小型島嶼、船舶、潛艇和海洋平臺對海水淡化系統(tǒng)集成化、低占空和低成本的需求,結(jié)合現(xiàn)有正位移式能量回收技術(shù)與旋轉(zhuǎn)高壓柱塞泵技術(shù)優(yōu)勢和能量特征,本文對反滲透海水淡化系統(tǒng)中的能量回收模塊、高壓泵送模塊和壓力提升模塊進(jìn)行集成一體機(jī)設(shè)計。一體機(jī)為多通道雙腔單一轉(zhuǎn)子同軸結(jié)構(gòu),可實現(xiàn)海水淡化系統(tǒng)中三大關(guān)鍵裝備(能量回收裝置、高壓泵和壓力提升泵)的功能,且具有以下優(yōu)點:占用空間更小,無中間連接管路與控制閥門,大幅度減少了高壓動、靜密封環(huán)節(jié),本質(zhì)上提高了系統(tǒng)的安全可靠性。本文以能量回收增壓一體機(jī)裝置為研究對象,通過理論計算、仿真分析和實驗研究相結(jié)合的方法對一體機(jī)裝置的關(guān)鍵部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計和力學(xué)特性分析,重點研究了一體機(jī)裝置中配流副、柱塞副、滑靴副、球鉸副等重要摩擦副的接觸形式和力學(xué)性能,為小型化能量回收裝置的研究工作積累了技術(shù)和工程經(jīng)驗。本論文主要研究工作和成果如下:(1)闡述了能量回收增壓一體機(jī)的工作原理和工作過程。根據(jù)流量和壓力等工藝參數(shù)對柱塞副結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行初步設(shè)計。運用Pro/Engineer建立了 一體機(jī)裝置的三維模型,對柱塞和滑靴進(jìn)行運動學(xué)分析。運用MATLAB對柱塞與轉(zhuǎn)子缸孔泄露特性分析和間隙優(yōu)化,對裝置流量脈動特性進(jìn)行分析。一體機(jī)裝置工作壓力p=6MPa,處理原海水工作流量為QI=5m3/h,工作流量脈動率為0.024。(2)對柱塞、滑靴、轉(zhuǎn)子缸體、止推盤、配流盤、轉(zhuǎn)子軸承和中心彈簧等一體機(jī)裝置關(guān)鍵部件進(jìn)行力學(xué)分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計,并完成關(guān)鍵部件的加工圖紙。對配流副、柱塞副、滑靴副、球鉸副等重要摩擦副配對進(jìn)行選材分析,選擇改性聚醚醚酮工程材料與雙相不銹鋼2205金屬材料的軟對硬配對方式,兩者皆具有較好的抗海水介質(zhì)腐蝕能力、機(jī)械強(qiáng)度和表面硬度。對改性聚醚醚酮復(fù)合材料進(jìn)行了力學(xué)性能測試實驗,測得改性聚醚醚酮復(fù)合材料強(qiáng)度極限為123.3MPa,楊氏模量為5.6GPa。一體機(jī)裝置柱塞副設(shè)置環(huán)縫間隙為6～10μm,滑靴副端面設(shè)置間隙為12 μ m,配流副設(shè)置端面間隙為8～12 μm,轉(zhuǎn)子副設(shè)計端面間隙為8～12 μ m,裝置最大總泄漏量為104.37ml/s,最大容積損失效率為4.70%。(3)運用ANSYS結(jié)構(gòu)模塊對柱塞副、球鉸副、滑靴副和配流副進(jìn)行了靜力學(xué)分析和接觸分析,對核心部件的應(yīng)力分布情況、變形情況及主要影響因素進(jìn)行了探討,其中柱塞副接觸區(qū)域變形量為3.2um,滑靴副滑靴底面變形量為3.3um,球鉸副接觸區(qū)域變形量為5.0um,配流副密封帶變形量為5.0μm,均小于間隙允許變形量,且各處所受應(yīng)力強(qiáng)度顯著小于材料許用應(yīng)力,仿真結(jié)果驗證了 一體機(jī)設(shè)計可行性和結(jié)構(gòu)可靠性。對球鉸副和配流副進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計和技術(shù)改進(jìn),滑靴與配流盤均采用改性聚醚醚酮復(fù)合材料覆蓋不銹鋼金屬基體的設(shè)計方案,其中滑靴球窩墊厚度取0.5mm,配流盤外表面覆蓋膜厚度取1mm。(4)對制造的球鉸副組件進(jìn)行脫靴實驗分析,觀察載荷-變形曲線的變化規(guī)律。結(jié)合球鉸副模型的仿真計算結(jié)果,探索球鉸副脫靴損壞的力學(xué)響應(yīng)分析,本文設(shè)計并制作出的球鉸副模型能夠承受約4000N的極限拉力載荷,在一體機(jī)裝置工作城中,能有效應(yīng)對各工況下的載荷作用。最后,總結(jié)全文,并對下一步工作提出展望。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：P747
【圖文】：

反滲透膜的轉(zhuǎn)換率為４０％，仍有約６０％的高壓濃鹽水保持接近６ＭＰａ的液壓逡逑力截留在滲透膜前［１２］。工程中通常對高壓濃鹽水采用能量回收裝置進(jìn)行壓力能回逡逑收，對相同流量的低壓海水進(jìn)行加壓做功。如圖１．１，在配有能量回收裝置的海逡逑水淡化體統(tǒng)中，低壓海水進(jìn)流分為兩部分，約４０％的進(jìn)流由高壓泵加壓至膜前壓逡逑力，直接輸送至反n蟯改と肟冢跡叮埃サ慕骶贍芰炕厥兆爸眉友�，并经增压辶x媳貌棺閶沽�，藱E練瓷改と肟凇Ｓ胛摶禾迥芰炕厥兆爸玫模櫻祝遙舷低誠啾齲義希插義

本文編號：2755678