【摘要】：在化工行業(yè)中,液下泵穩(wěn)定、安全、高效的運(yùn)行對可持續(xù)生產(chǎn)起著關(guān)鍵性的作用。在工程中,液下泵常常出現(xiàn)水力效率低、運(yùn)行不穩(wěn)定、軸承磨損嚴(yán)重甚至出現(xiàn)斷軸等問題。機(jī)械振動和水力振動是造成液下泵運(yùn)行不穩(wěn)定的主要原因,機(jī)械方面原因包括:液下泵加工過程中同軸度不夠、安裝不規(guī)范的殘余應(yīng)力、泵安裝基礎(chǔ)板未保持水平,葉輪及泵軸精度不夠、鑄造引起的質(zhì)量分布不均勻或者是做旋轉(zhuǎn)平衡不達(dá)標(biāo)等。水力方面原因包括:泵進(jìn)口流體不對稱、進(jìn)出口壓力脈動過大、葉輪前后蓋板壓差過大等。文章以國內(nèi)某廠生產(chǎn)的XDB700-27型液下泵為研究對象,在原方案的基礎(chǔ)上重新設(shè)計兩個方案,原方案為葉輪未開孔,而導(dǎo)軸承座開孔,方案一僅葉輪開孔,方案二為葉輪與導(dǎo)軸承座均開孔。采用數(shù)值模擬的方法對比三種不同方案的外特性和軸向力曲線,得到合理的研究方案,從泵水動力學(xué)特性和轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速入手,分析合理方案下非定常計算液下泵在不同流量工況下徑向力及其葉輪出口處壓力脈動,最后計算在設(shè)計流量下不同軸徑轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。研究結(jié)果如下:1、首先通過定常數(shù)值模擬得到三種方案下泵的外特性曲線,得到了揚(yáng)程—流量、效率—流量以及軸功率—流量曲線;在設(shè)計流量下,原方案的揚(yáng)程最高為28.9m,方案一揚(yáng)程為27.7m,方案二最低為28.3m;同一流量下,原方案葉輪水力效率最大,方案二次之,方案一水力效率最小,設(shè)計流量下,方案一、方案二與原方案水力效率相比較分別降低了5.8%、2.9%;三種方案的軸功率整體變化不大,平衡孔位置的改變對軸功率無影響。2、三種方案下液下泵軸向力均隨著流量的增大軸向力下降,同一流量下,原方案葉輪軸向力最大,方案二下葉輪的軸向力最小。在設(shè)計流量點附近,原方案中葉輪所受的軸向力為10003.1N,方案一的軸向力為5812.1N,較原方案而言,軸向力下降41.9%,方案二的軸向力為5591.8N,軸向力下降44.1%。顯然,原方案與另外兩種方案相比較,方案一、二可以更好的平衡葉輪的軸向力。對比三種研究方案,在葉輪和導(dǎo)軸承座均開孔的情況下,液下泵軸向力更小、效率較高特點。因此,方案二更適合液下泵結(jié)構(gòu)設(shè)計。3、將0.6Q_d、1.0Q_d、1.4Q_d工況下的定常數(shù)值作為非定常計算的初始值,經(jīng)過FFT變換得到三種工況下葉輪徑向力的頻譜圖。1.0Q_d工況下徑向力峰值最小且周期性相對明顯,泵旋轉(zhuǎn)一圈出現(xiàn)6個波峰,6個波谷,相鄰波峰或波谷之間的度數(shù)為60度。偏工況下徑向力明顯較大,而且其周期性變化較差,這是由于偏工況泵流動紊亂,徑向力受動靜干涉影響較小。徑向力脈動主頻為葉輪轉(zhuǎn)頻的6倍,即徑向力傅里葉變換主頻等于葉頻。4、通過監(jiān)測葉輪出口處各點的脈動壓力,經(jīng)過FFT變換得到各監(jiān)測點的頻譜圖,各監(jiān)測點均呈現(xiàn)出明顯的周期性變化,各監(jiān)測點壓力在250Kpa上下波動,主頻率值為軸頻的6倍,即各監(jiān)測點壓力脈動主頻等于葉輪葉頻。與其余各監(jiān)測點相比較,在點P_1處和點P_4處主頻幅值較高。這是由于點P_1與點P_4分別位于蝸殼隔舌與隔板隔舌處,該位置葉輪與隔舌的動靜干涉強(qiáng)烈,導(dǎo)致了點P_1與點P_2的主頻幅值和最大脈動幅值均較大。5、采用ANSYS workbench軟件在“干態(tài)”和“濕態(tài)”環(huán)境下分別計算了不同軸徑的轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速,在軸徑為90mm時“濕態(tài)”環(huán)境下轉(zhuǎn)子的前兩階臨界轉(zhuǎn)速近似為1838r/min,第三、四階臨界轉(zhuǎn)速為3306r/min,避免了流體耦合時發(fā)生共振現(xiàn)象,因此在轉(zhuǎn)子長度固定的條件下滿足轉(zhuǎn)子工作強(qiáng)度,軸徑為90mm更適合液下泵轉(zhuǎn)子。
【圖文】：

圖 2.1 轉(zhuǎn)子集總化模型3 2 2 32 22 22 22 221 (1 )( ) ( ) (1 )6 2 2 6( ) 1 ( )2 2( ) ( ) 10 0 1j p dij p dj p djl l l lm K l J JEI EI EI EIl l l lTm K J JEI EI EI EIl m K J J lm K 2 1 13 2 2 2 1 11 1 1 2 1 1 1 11 1i i i i i iN NZ TZZ T Z T TZZ T Z T T TZ A ZZ A Z ：( 1,2,3, , )A TT T T i N

2-電機(jī)架 3-角接觸球軸承 4-底板 5-填料 6-軸 7-套筒 8-軸套 9-襯環(huán) 12-泵體 13-葉輪 14-泵蓋 15-葉輪口環(huán) 16-葉輪螺母 17-吐出接蘭 19-聯(lián)軸器圖 3.1 液下泵結(jié)構(gòu)簡圖圖 3.2 泵磨損圖
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ051.21

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2668507