DLC型立式多级磁力泵的设计与研究

摘要

磁力泵采用磁力传动，无轴封，完全无泄漏，可广泛应用于石油、化工、制药、食品和国防等工业领域。以往磁力泵以单级小型为主，本文根据某工程应用要求，设计了DLC型立式多级磁力泵。DLC型磁力泵既具有小流量、高扬程的特性，也具有立式管道泵占地面积小、结构紧凑的特点，同时又完全无泄漏，具有广泛的应用前景。
　　DLC型立式多级磁力泵流道复杂，增加了水力设计的难度，本文以传统设计法结合数值模拟进行设计。加大首级叶轮进口直径以改善汽蚀性能并采用数值模拟的方法进一步分析，采用径向导叶以减小轴向尺寸，五级叶轮采用对称布置的方式平衡轴向力。磁性联轴器是磁力泵的关键部件，文中采用经验公式法结合数值模拟进行设计，并做了优化设计。为提高多级磁力泵的可靠性，初步分析了冷却循环回路的冷却效果以及转子系统的稳定性。主要研究内容如下:
　　(1)根据设计参数设计了DLC型立式多级磁力泵的整体结构，采用对称布置的方式平衡轴向力。参考优秀的水力模型，采用速度系数法结合相似换算，设计出叶轮和导叶等过流部件，并对前两级叶轮和导叶流道进行了全流场数值模拟，得到了流场的压力和速度分布图。根据流场压力分布图，计算了残余轴向力，并分析了首级叶轮的汽蚀性能。
　　(2)根据应用条件及经验公式法确定了磁性联轴器的主要零部件的材料及主要结构尺寸，将磁性联轴器的磁场简化为二维磁场，采用数值模拟的方法分析了主要尺寸对其最大传递转矩及涡流损失的影响。综合考虑最大传递转矩及涡流损失，提出以单位体积的最大传递转矩与涡流力矩之差(T-Tw)/V作为优化设计的目标函数，并采用正交优化设计法进行了优化设计。
　　(3)计算了DLC型立式多级磁力泵冷却回路的主要尺寸，对设计的冷却回路做了流场及温度场的数值模拟，对比分析了内、外循环方式的特点，表明外循环方式能满足冷却要求，并分析了轴孔、转速对外循环冷却方式冷却效果的影响。
　　(4)采用模态分析法计算了DLC型立式多级磁力泵转子系统的固有频率，并计算了临界转速，表明泵运行转速远低于一阶临界转速，轴为刚性轴，可避免共振。初步分析了转子系统的振动对磁性联轴器传递转矩性能的影响，分析结果表明振动带来的内、外磁转子偏心及轴向窜动减弱了磁性联轴器传递转矩的能力。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 国内外研究现状

1．2．1 磁力泵的发展现状

1．2．2 磁性联轴器的研究现状

1．2．3 多级泵内部流场数值模拟及转子动力学的研究现状

1．3 主要研究内容

第二章 DLC型立式多级磁力泵的设计及流场数值模拟

2．1 总体结构设计

2．2 水力设计

2．2．1 叶轮设计

2．2．2 导叶设计

2．3 数值模拟

2．3．1 数值模拟的基本控制方程及湍流模型

2．3．2 网格划分及边界条件设置

2．3．3 计算结果及分析

2．4 本章小结

第三章 磁性联轴器的数值模拟及优化设计

3．1 磁性联轴器的结构及原理

3．2 经验公式法设计磁性联轴器

3．3 磁性联轴器的数值模拟及优化设计

3．3．1 基本假设和数学模型

3．3．2 磁性联轴器主要结构参数对性能的影响

3．3．3 优化设计

3．4 本章小结

第四章 冷却循环回路的设计及数值模拟

4．1 冷却循环回路的设计

4．2 冷却循环回路的数值分析

4．2．1 模型建立及网格划分

4．2．2 计算方法和边界条件

4．2．3 计算结果和分析

4．3 本章小结

第五章 DLC型立式多级磁力泵转子系统稳定性研究

5．1 转子系统临界转速的计算

5．1．1 基本理论

5．1．2 模型建立及参数设置

5．1．3 结果分析

5．2 转子系统不稳定性对磁性联轴器输入性能的影响

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 研究总结

6．2 今后展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士学位期间取得的科研成果