“抽吸-破碎-输送”三功能真空泵的研究

摘要

随着真空厕所研发工作的深入，我们逐渐发现真空厕所的主要动力部件——水环式真空泵有许多不足，迫切需要开发一种新泵来解决现在所面临的问题。经过我们的研究，决定开发“抽吸-破碎-输送”三功能真空泵，该泵可以实现以下三个功能：(1)在泵内制造真空，形成对污水的抽吸力；(2)在泵内破碎废物；(3)通过泵将废水及污物输送到指定地点。三功能泵可以解决水环式真空泵所遇到的种种问题，作为真空厕所的升级换代产品。
　　 目前，国内对三功能泵的研究尚属空白，我们的研究也还处于探索阶段，这方面的文献和实用资料相当少。因此，为保证研究的可靠性和正确性，本文从三功能泵的实验研究、性能影响因素分析、理论分析、模态分析几个方面综合考虑，主要开展了如下工作内容:
　　 (1)实验研究：对三功能泵从构思到样机设计制做的实验研究过程进行了总结，确定了三功能泵的研究思路：参考绞肉机（或螺旋泵）来设计螺旋及破碎装置，参考离心泵来设计离心抽吸叶轮。
　　 (2)性能影响因素分析：在参考离心泵对三功能泵的离心抽吸叶轮进行设计以前，分析了泵内流体的差异（三功能泵内流体是固液两相流，离心泵内是清水）对性能的影响状况，对一些设计参数进行了修正，使其更适用于三功能泵。
　　 (3)理论分析：参考离心泵和螺旋泵的设计方法提出了三功能泵的设计理论和设计方法，给出了三功能泵的主要性能参数和螺旋部分、离心叶轮等部分的计算公式，以此来计算相关参数，并对结构进行了设计，绘制了相关图纸。
　　 (4)模态分析：用SolidWorks对三功能泵的核心部件螺旋部分和离心叶轮进行三维实体建模，再利用Ansys Workbench导入实体模型进行分析，得出如下结论：三功能泵的工作频率小于其固有频率，在工作过程中不会发生共振；螺旋部分应力极大值多出现在螺旋根部与转动轴的连接部分；离心叶轮应力极大值出现在叶片与前后挡板的连接处。