【摘要】：氟塑料泵作為目前比較理想的一種耐腐蝕化工泵,廣泛應(yīng)用于我國石化、冶金行業(yè),主要輸送強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑等強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)。盡管氟塑料離心泵以制造方便、價格便宜等優(yōu)勢漸漸替代了傳統(tǒng)的金屬化工泵,但是其水力效率低的問題一直沒能得到有效解決,且因?yàn)槿~輪部件由氟塑料制成,輸送固液兩相介質(zhì)時,介質(zhì)中的固體顆粒容易與葉輪表面發(fā)生碰撞、摩擦,耐磨損性能差也是氟塑料泵需要解決的關(guān)鍵問題。為了解決上述問題,本文針對以氟塑料離心泵內(nèi)部固液兩相流動規(guī)律作出研究,并將氟塑料離心泵的效率及耐磨損性能作為目標(biāo)函數(shù),葉輪的主要幾何參數(shù)作為自變量,以響應(yīng)面方法建立各目標(biāo)函數(shù)與顯著因素之間的關(guān)系,通過Matlab優(yōu)化工具箱中的遺傳算法對離心泵進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì),提升氟塑料離心泵的綜合性能。本文主要工作內(nèi)容如下:(1)針對氟塑料離心泵,選取了適用的固液兩相流動湍流模型、顆粒模型和離心泵流體計(jì)算域。根據(jù)流場中固液兩相的流動狀態(tài)及相間相互作用關(guān)系,對顆粒在流場中受到的綜合力進(jìn)行分析,基于納維-斯托克斯公式得到顆粒運(yùn)動方程,確定計(jì)算模型為歐拉-拉格朗日顆粒軌道模型,湍流模型為可實(shí)現(xiàn)的k-ε模型。通過UG對研究對象SJB300-250-400型氟塑料離心泵進(jìn)行三維建模,將泵的各個水體域?qū)隝CEM進(jìn)行網(wǎng)格劃分,對各個域的交界面網(wǎng)格尺寸進(jìn)行處理后,在FLUENT軟件中設(shè)置邊界條件并對氟塑料離心泵內(nèi)部固液兩相流場進(jìn)行計(jì)算。(2)系統(tǒng)分析了不同工況及固相顆粒物理性質(zhì)對氟塑料離心泵內(nèi)部固液兩相流場的影響。針對不同流量工況,進(jìn)口固相體積分?jǐn)?shù)以及粒徑對泵內(nèi)壓力、固相濃度、滑移速度和葉片表面的阻力系數(shù)的分布規(guī)律進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算及分析研究,發(fā)現(xiàn)粒徑的變化對泵內(nèi)流場基本沒有影響,且不同粒徑下泵的外特性也無明顯變化,葉輪耐磨損性能隨粒徑增加而減小;各體積分?jǐn)?shù)下的效率值均隨流量增加而減小,在顆粒相為稀疏相且濃度很低的情況下,體積分?jǐn)?shù)的變化對效率影響不大;隨固相體積分?jǐn)?shù)的增加,葉輪耐磨損性能總體呈下降趨勢,相比于不同粒徑,體積分?jǐn)?shù)的變化對葉輪表面耐磨損性能的影響較小。(3)提出了多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,優(yōu)化了葉輪主要幾何參數(shù),提高了氟塑料離心泵綜合性能。由于葉輪幾何參數(shù)較多,本文首先采用P-B試驗(yàn)設(shè)計(jì)法確定各參數(shù)對優(yōu)化指標(biāo)的影響顯著程度,然后通過田口方法分析次顯著因素對優(yōu)化指標(biāo)的重要程度并確定次顯著因素的最佳組合,最后以響應(yīng)面方法建立各目標(biāo)函數(shù)與顯著因素之間的關(guān)系,并通過Matlab工具箱中的遺傳算法統(tǒng)一多目標(biāo)函數(shù)并進(jìn)行求解得到顯著因素的最優(yōu)參數(shù)組合;根據(jù)優(yōu)化結(jié)果加工葉輪,進(jìn)行氟塑料兩相流泵外特性實(shí)驗(yàn)。研究結(jié)果表明,優(yōu)化后的氟塑料離心泵效率提高了8.98%,磨損率下降了6.64%,達(dá)到了預(yù)期優(yōu)化目標(biāo)。本文的研究結(jié)論為大型氟塑料離心泵的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了重要依據(jù),具有一定的水力設(shè)計(jì)參考價值。
【圖文】：

圖1-1、1-2 所示分別為 SJB300-250-400 型氟塑料離心泵裝配圖和產(chǎn)品圖。1.泵體 2.葉輪 3.軸 4.泵蓋 5.機(jī)封動環(huán) 6.機(jī)封靜環(huán) 7.機(jī)封靜環(huán)座 8.水封壓蓋 9.軸承箱體10.軸承 11.葉輪螺母 12.軸承圖 1-1 氟塑料離心泵裝配圖Fig. 1-1Assembly Drawing of Fluoroplastics Centrifugal Pump近年來，塑料泵在市場中的份額不斷增長，其發(fā)展勢頭已經(jīng)不斷趕超磁力泵，根據(jù)各大企業(yè)使用后的反饋可知，塑料泵的性能較優(yōu)，穩(wěn)定性和耐用性方面都遠(yuǎn)超其他泵型。但是也存在著不足：氟塑料泵為了考慮葉片壓模難題，葉片通常設(shè)計(jì)為圓柱形葉片，因此，泵的水力效率普遍較低，加上介質(zhì)黏度和顆粒的影響，氟塑料泵的效率一般為 30-50%左右，，機(jī)組耗能問題非常嚴(yán)重。從化工流程泵的生命周期成本來看，泵的運(yùn)行成本一般是最初購買成本的幾十倍。因此，提高氟塑料泵的水力效率、水力部件耐磨損性能，對降低泵的壽命周期成本、實(shí)現(xiàn)行業(yè)

圖 1-2 氟塑料離心泵實(shí)物圖ig.1-2 Physical drawings of fluoroplastics centrifugal pum的意義。，本文綜合運(yùn)用數(shù)值模擬方法及響應(yīng)面方法對
【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】：2019
【分類號】：TQ051.21

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2690308