發(fā)布時間：2020-10-22 09:34

　　 重載化工流程泵主要應(yīng)用在石油、化工和天然氣等行業(yè)作為流程用泵,以及一些需要產(chǎn)生高溫、高壓流體的部門,介質(zhì)溫度在150~450℃之間,壓力在2~20MPa之間,泵在諸如此類工況下運行時,若不能保證結(jié)構(gòu)強度和密封性,極易造成泵汽蝕、振動、產(chǎn)生噪音、變形、液體泄漏噴射或者設(shè)備發(fā)生故障停機、爆炸、周圍物體燃燒發(fā)生火災(zāi)等,不僅造成環(huán)境污染、財產(chǎn)損失,甚至危及人體健康與生命安全。傳統(tǒng)化工流程泵按經(jīng)驗公式設(shè)計,大多數(shù)公司在生產(chǎn)中不具備高溫高壓的實驗驗證條件,只是以常規(guī)試驗來驗證泵的強度和密封性、設(shè)計的合理性和可靠性,不僅研發(fā)時間長,成本高,而且難以保證安全可靠性要求。因此,急需找出一種有效的研發(fā)方法來為該類化工流程泵進行有針對性的設(shè)計改進。本文就是采用ANSYS有限元仿真分析方法對某KPP系列重載化工流程泵在高溫高壓下進行的結(jié)構(gòu)熱力耦合分析,它具有性能預(yù)測、數(shù)值試驗和故障診斷等作用,而且具有可重復(fù)性,使許多過去無法分析的復(fù)雜問題,通過計算機仿真得到滿意的解答。不僅可以縮短研發(fā)周期,使產(chǎn)品達到先進的設(shè)計水平,還可以減少反復(fù)試制的生產(chǎn)成本。其研究的主要內(nèi)容有:1、基于特定的溫度和受力條件,分析現(xiàn)有不帶筋板的軸承架的傳熱特性,如溫度和熱通量分布,并對其結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化,分別改進設(shè)計了三種不同型式軸承架:帶筋板的軸承架、泵蓋端帶冷卻腔的軸承架、傳動端帶強制對流風(fēng)扇的軸承架,他們的傳熱速率逐個加快,冷卻效果顯著。2、基于特定的溫度和受力條件,分析泵軸的變形、應(yīng)力,評估其結(jié)構(gòu)強度及疲勞壽命,通過優(yōu)化懸臂比和軸階倒角,加強了泵軸的承載強度。3、(1)、基于現(xiàn)有泵體、泵蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料不變,分析泵在特定工業(yè)流程裝置中適用的溫度或者壓力極限,以及高溫、高壓分別對泵結(jié)構(gòu)強度的影響。(2)、基于特定的高溫和高壓工業(yè)流程裝置,找出單一材料組合、不同壁厚的泵體、泵蓋在許用變形、許用應(yīng)力和安全系數(shù)極限值一定的情況下,允許的最高溫度和壓力,優(yōu)化現(xiàn)有產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形式。(3)、基于特定的高溫和高壓工業(yè)流程裝置,找出同一壁厚、不同材料組合的泵體、泵蓋在許用變形、許用應(yīng)力和安全系數(shù)極限值一定的情況下,允許的最高溫度和壓力,優(yōu)化現(xiàn)有產(chǎn)品的材料配置。從仿真分析結(jié)果可知:(1)、高溫比高壓對泵強度的影響更大,最大變形量和最大應(yīng)力幾乎是翻倍的,原因是泵材料的性能在高溫下已經(jīng)改變了,由彈塑性材料蠕變成了塑脆性材料,嚴(yán)重影響了泵的強度,改進時可選用更耐熱的材料。(2)、泵最大變形主要發(fā)生在前腔、機封腔區(qū)域,最大應(yīng)力主要發(fā)生在中間支撐座、筋板和泵體接觸區(qū)域、泵蓋環(huán)腔區(qū)域,很多部位安全系數(shù)都小于1,很不安全,要對這些部位的壁厚加大些。最后,論文所采用的研究方法,將為類似工況條件下重大關(guān)鍵設(shè)備的研發(fā)奠定基礎(chǔ);研究方法的成功實施,不僅縮短了產(chǎn)品的設(shè)計周期,也降低了行業(yè)內(nèi)生產(chǎn)及采購該類泵的成本,為社會創(chuàng)造更多效益。
【學(xué)位單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ051.21
【部分圖文】：

題的背景和意義我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，各行各業(yè)對各種泵的需求也越來越多，特別石化泵這種中高端泵為例，每年都會有 10%左右的增長需求。但因為石常復(fù)雜，工作環(huán)境惡劣，具有高溫、高壓，生產(chǎn)介質(zhì)易燃、易爆、易腐發(fā)生故障，將影響整套裝置甚至整個廠區(qū)的安全。因此長期以來，我國數(shù)量的關(guān)鍵用泵都是采用國外進口的產(chǎn)品，例如瑞士蘇爾壽、德國 KS國福斯、日本荏原等的產(chǎn)品，不僅價格昂貴，購買配件困難，供貨周期故障時維修極不方便，從而一直困擾著國內(nèi)各企業(yè)用戶。滿足市場需求，也為了響應(yīng)國家大型裝備制造業(yè)國產(chǎn)化和節(jié)能減排的要來開發(fā)了一種新型的 KPP 系列重載化工流程泵[1]-[5]，其機組裝置如圖 1是根據(jù)美國石油協(xié)會 API610《石油、重化學(xué)和天然氣工業(yè)用離心泵》[。

圖 1-2 泵泄漏燃燒發(fā)生火災(zāi)因此，急需采取一種新的研發(fā)方法，以便更便捷、更可靠的設(shè)計出特殊結(jié)構(gòu)的重載工流程泵，保證產(chǎn)品在諸如高溫高壓兼?zhèn)涞忍厥夤r條件下的使用安全。有限元仿真分析方法[12]-[18]是近年來興起的比較便捷、可靠的研發(fā)設(shè)計方法，它具性能預(yù)測、數(shù)值試驗和故障診斷等作用，使許多過去無法分析的復(fù)雜問題，通過計算模擬仿真得到滿意的解答，最后再輔以試驗來驗證，不僅可以縮短研發(fā)周期，使產(chǎn)品

第一章 緒論與泵蓋通過螺栓連接；其中泵蓋上設(shè)置有第一冷卻室 10，軸承架外面有散熱筋板 11、里面還設(shè)置有第二冷卻室 12。當(dāng)泵輸送的介質(zhì)為高溫高壓時，其中的泵軸還可以設(shè)計為加長軸，并在軸承架外側(cè)的泵軸上設(shè)置一個軸流式強制冷卻風(fēng)扇 8、保護罩 9。結(jié)構(gòu)總裝配圖如圖 1-3 所示.
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本文編號：2851418