發(fā)布時(shí)間：2017-06-09 15:09

  本文關(guān)鍵詞：葉片圓盤泵流固耦合強(qiáng)度分析及性能改進(jìn)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：葉片圓盤泵是一種具有特殊結(jié)構(gòu)形式葉輪的離心泵，利用邊界層效應(yīng)實(shí)現(xiàn)介質(zhì)的輸送。作為一種近幾年來(lái)研究發(fā)展并逐步推廣應(yīng)用的新型泵，目前國(guó)內(nèi)外尚未對(duì)葉片圓盤泵進(jìn)行深入研究，并無(wú)成熟的葉片圓盤泵理論及設(shè)計(jì)方法可借鑒。本文結(jié)合國(guó)家科技重大專項(xiàng)——大型油氣田及煤層氣開(kāi)發(fā)子課題：海底泥漿舉升鉆井技術(shù)研究(2008ZX05026-001-12)和中央高�；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目：可泵送多相流介質(zhì)的新型不連續(xù)葉片泵數(shù)字化樣機(jī)開(kāi)發(fā)及其性能預(yù)測(cè)研究(11CX06066A)，通過(guò)開(kāi)展葉片圓盤泵流場(chǎng)數(shù)值模擬、軸向力及徑向力預(yù)測(cè)、葉輪參數(shù)對(duì)泵性能影響、葉輪流固耦合強(qiáng)度及模態(tài)特性分析以及一種高可靠性多級(jí)圓盤泵方案提出等方面研究，旨在解決制約葉片圓盤泵研發(fā)的水力性能和結(jié)構(gòu)可靠性等方面的技術(shù)難題，為葉片圓盤泵國(guó)產(chǎn)化提供技術(shù)支撐。本文主要研究工作和創(chuàng)造性成果有： 1葉片圓盤泵水力性能及軸向力徑向力預(yù)測(cè)研究 運(yùn)用Fluent軟件對(duì)不同工況下葉片圓盤泵內(nèi)部全流場(chǎng)進(jìn)行三維數(shù)值模擬，分別研究了葉片寬度、葉片形狀等對(duì)泵揚(yáng)程和效率的影響。計(jì)算結(jié)果表明，在一定范圍內(nèi)，隨著葉片寬度的減小以及采用葉片軸向截面為梯形的葉輪等能有效改善泵的性能，分析結(jié)果可為葉片圓盤泵結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與性能提高提供理論依據(jù)。 針對(duì)葉片圓盤泵軸向力和徑向力問(wèn)題，在分析軸向力與徑向力產(chǎn)生原因的基礎(chǔ)上，對(duì)葉片圓盤泵內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬分析，得到軸端及葉輪表面的壓力分布，從而預(yù)測(cè)出泵軸向力和徑向力。結(jié)果表明：葉輪所受總的軸向力主要由葉輪前、后盤外表面壓力分布不均產(chǎn)生。徑向力在設(shè)計(jì)工況下達(dá)到最小值，與理論分析結(jié)論一致。 2葉片圓盤泵葉輪結(jié)構(gòu)流固耦合強(qiáng)度分析 利用有限元軟件對(duì)葉片圓盤泵葉輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行流固耦合強(qiáng)度分析，得到葉輪流固耦合作用下結(jié)構(gòu)強(qiáng)度性能。利用Fluent軟件計(jì)算出葉片圓盤泵壓力場(chǎng)分布情況，并通過(guò)Workbench平臺(tái)，應(yīng)用ANSYS軟件校核葉輪強(qiáng)度，，得出不同工況下葉輪的最大危險(xiǎn)點(diǎn)、應(yīng)力及應(yīng)變分布規(guī)律，并針對(duì)危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行葉輪結(jié)構(gòu)改進(jìn)。同時(shí)，探究連接臂參數(shù)對(duì)葉輪強(qiáng)度影響。計(jì)算結(jié)果表明：所設(shè)計(jì)葉片圓盤泵葉輪滿足強(qiáng)度要求，最大危險(xiǎn)區(qū)域?yàn)檫B接臂與圓盤蓋板連接位置，存在應(yīng)力集中現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)改進(jìn)后，葉輪最大應(yīng)力明顯降低，安全系數(shù)顯著提高，極大提高了葉片圓盤泵葉輪使用壽命。 3葉片圓盤泵流固耦合模態(tài)特性分析 研究考慮流體壓力、離心力等對(duì)葉片圓盤泵葉輪結(jié)構(gòu)模態(tài)特性的影響。采用Fluent軟件計(jì)算得出泵葉輪不同工況下壓力分布情況，借助Workbench平臺(tái)進(jìn)行葉輪結(jié)構(gòu)模態(tài)特性分析，并與未考慮流固耦合作用時(shí)進(jìn)行對(duì)比分析，同時(shí)通過(guò)靜態(tài)模態(tài)測(cè)量試驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)值仿真結(jié)果的正確性。在此基礎(chǔ)上，探討了連接臂半徑及位置對(duì)葉輪固有頻率的影響。結(jié)果表明：葉輪的靜態(tài)模態(tài)與預(yù)應(yīng)力模態(tài)各階振型基本相似，固有頻率及各階振型最大值也差異不大。最后計(jì)算泵轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速，為提高葉片圓盤泵可靠性提供數(shù)值依據(jù)。 4一種高可靠性多級(jí)圓盤泵方案研究 為進(jìn)一步提高葉片圓盤泵可靠性與抗磨損性，提出一種水平中開(kāi)式多級(jí)圓盤泵方案。該型多級(jí)圓盤泵主要?jiǎng)?chuàng)新之處在于選用的葉輪蓋板內(nèi)表面周向加工有特殊形式的“波紋”以替代普通葉輪內(nèi)部葉片，有別于傳統(tǒng)意義上葉片概念。與傳統(tǒng)多級(jí)離心泵相比，該泵具有抗磨損、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。
【關(guān)鍵詞】：葉片圓盤泵 數(shù)值模擬 葉輪結(jié)構(gòu) 流固耦合 可靠性 多級(jí)圓盤泵
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)石油大學(xué)（華東）
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TH311
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-9
• 第1章 緒論9-14
• 1.1 研究背景及意義9-10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-12
• 1.3 研究目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線12-14
• 第2章 葉片圓盤泵全流場(chǎng)數(shù)值模擬研究14-31
• 2.1 流場(chǎng)有限元模型建立14-17
• 2.2 流場(chǎng)計(jì)算結(jié)果分析17-19
• 2.3 葉片圓盤泵軸向力徑向力預(yù)測(cè)研究19-26
• 2.4 葉輪結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)泵性能影響研究26-30
• 2.5 本章小結(jié)30-31
• 第3章 葉片圓盤泵葉輪結(jié)構(gòu)流固耦合強(qiáng)度分析31-47
• 3.1 流固耦合問(wèn)題模型建立31-34
• 3.2 計(jì)算結(jié)果分析34-37
• 3.3 倒角處理對(duì)葉輪強(qiáng)度影響研究37-40
• 3.4 連接臂參數(shù)對(duì)葉輪強(qiáng)度影響研究40-45
• 3.5 新型葉輪流固耦合強(qiáng)度校核45-46
• 3.6 本章小結(jié)46-47
• 第4章 葉片圓盤泵葉輪結(jié)構(gòu)流固耦合模態(tài)特性分析47-58
• 4.1 計(jì)算方法及控制方程47-48
• 4.2 葉輪模態(tài)特性數(shù)值模擬48
• 4.3 無(wú)預(yù)應(yīng)力模態(tài)特性分析48-51
• 4.4 預(yù)應(yīng)力模態(tài)特性分析51-53
• 4.5 連接臂參數(shù)對(duì)模態(tài)特性影響53-54
• 4.6 葉片圓盤泵轉(zhuǎn)子模態(tài)特性分析54-57
• 4.7 本章小結(jié)57-58
• 第5章 一種高可靠性多級(jí)圓盤泵方案研究58-66
• 5.1 多級(jí)泵概述58
• 5.2 多級(jí)圓盤泵工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)58-60
• 5.3 多級(jí)圓盤泵數(shù)值模擬研究60-63
• 5.4 多級(jí)圓盤泵性能特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)63
• 5.5 多級(jí)圓盤泵應(yīng)用前景及展望63-65
• 5.6 本章小結(jié)65-66
• 第6章 結(jié)論與展望66-68
• 6.1 主要研究結(jié)論66-67
• 6.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)67
• 6.3 展望67-68
• 參考文獻(xiàn)68-72
• 攻讀碩士期間取得的學(xué)術(shù)成果72-73
• 致謝73

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 周昌靜;陳國(guó)明;尹樹(shù)孟;許亮斌;;葉片圓盤泵葉輪無(wú)葉區(qū)內(nèi)部流場(chǎng)數(shù)值模擬[J];化工機(jī)械;2010年06期

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中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 周忠寧;對(duì)旋軸流風(fēng)機(jī)流固耦合特性研究及其基于非線性動(dòng)力學(xué)的應(yīng)用[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué);2009年

  本文關(guān)鍵詞：葉片圓盤泵流固耦合強(qiáng)度分析及性能改進(jìn)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：435819