小型磁力转柱泵的研究

摘要

滑片式容积泵作为一种液压泵,在各种工业设备、行走机械以及船舶、飞机上都得到了广泛应用。由于其本身结构的限制,随着泵转速和工作压力的提高,滑片泵将出现滑片与定子内壁磨损严重,发热量大等现象,机械效率不高,不利于泵的长时间运转工作。普通滑片泵无法做到完全无泄漏,难以用于输送有毒、易燃、易爆、腐蚀性以及贵重液体。
　　 为从根本上解决滑片泵磨损和轴封泄漏的问题,本课题研究开发了一种新型磁力转柱泵,由转柱代替传统的滑片,并合理设计转子等部件,使滑片与定子内壁的滑动摩擦变为转柱与内壁的滚动摩擦,从而大大减小了转柱与定子的磨损,提高了转柱泵的可靠性和寿命。同时使用磁力驱动结构,实现无轴封,绝对无泄漏,使得转柱泵的适用范围扩展到一些输送特殊介质的场合,应用范围更加广泛。本课题对磁力转柱泵的主要研究内容及成果如下:
　　 (1)利用CFD数值模拟技术研究单作用滑片泵内部流动,分析泵的瞬时流量特性,描述出工作腔内部的瞬时流量脉动和压力脉动的变化规律；提出了滑片泵结构优化方案,可有效降低泵出口处的瞬时流量脉动和压力脉动；结合内部容积压力及其变化,计算出转子受到的径向力,并给出减小径向力的措施。
　　 (2)结合滑片泵的流量特性和优化方案,对转柱泵的主要结构参数提出设计计算方法,并详细讨论了转柱泵整体结构和关键零件的加工技术要求。设计出冷却循环回路,对导流孔以及冷却流量作了初步预估。
　　 (3)根据磁力转柱泵的技术参数,应用Pro／Engineer软件对泵水体进行实体建模,采用ICEM软件对水体模型划分结构网格,基于FLUENT软件对泵进行非定常模拟,得出泵的瞬时流量和内部压力的变化,并进一步计算出转柱的受力和转子受到的径向力。利用冷却循环流量的数值计算结果做为初始条件,对冷却循环回路进行温度场的数值模拟,并验证冷却回路及导流孔尺寸设计的合理性。
　　 (4)分析了磁力转柱泵的各种能量损失形式,并提出较详细的计算方法。
　　 (5)对样机进行200小时累计试验研究,得到样机的外特性曲线和转子、转柱、配流盘侧面的磨损曲线,在此基础上分析试验结果产生误差的因为,提出了改善方案。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究的背景

1.1.1 滑片泵

1.1.2 磁力驱动技术及其应用

1.2 传统滑片泵的结构和特点

1.2.1 单作用式

1.2.2 双作用式

1.2.3 滑片泵的特点

1.3 国内外现状及转柱泵的发展

1.3.1 国外现状

1.3.2 国内现状

1.3.3 国内外对比以及转柱泵的发展

1.4 本课题研究的意义及主要内容

第二章 基于动网格的单作用滑片泵流量特性分析

2.1 研究方法

2.2 FLUENT软件介绍

2.2.1 动网格模型

2.2.2 用户自定义函数(UDF)

2.2.3 求解步骤

2.3 计算模型

2.3.1 Pro/Engineer建立模型

2.3.2 网格划分

2.3.3 控制方程与边界条件

2.3.4 UDF算法

2.3.5 动网格设置

2.3.6 模型求解

2.4 流量脉动模拟结果分析

2.4.1 理论流量的计算与模拟性能的预测

2.4.2 瞬时流量特性分析

2.5 影响流量脉动和不均匀性的因素

2.5.1 配流盘转角与V形槽的设置

2.5.2 滑片数的选择

2.5.3 输送液体的可压缩性

2.6 转子的径向力

2.6.1 径向力分析

2.6.2 减小转子径向力的主要措施

第三章 磁力转柱泵的设计

3.1 磁力转柱泵的结构

3.1.1 转柱泵泵体结构

3.1.2 磁力转柱泵的整体结构

3.2 转柱泵泵体的设计与选择

3.2.1 设计参数

3.2.2 主要结构参数的设计

3.3 主要技术要求

3.3.1 整体结构的技术要求

3.3.2 关键零件的技术要求

3.4 磁力驱动器的设计

3.4.1 磁路设计

3.4.2 磁路材料的选择

3.4.3 隔离套的设计

3.4.4 磁性联轴器结构参数的优化

第四章 磁力转柱泵内流场数值模拟

4.1 磁力转柱泵参数

4.2 转柱泵内流场数值模拟

4.2.1 几何造型及网格的生成

4.2.2 数值计算方法

4.3 瞬时流量特性分析

4.4 转柱受力分析

4.5 径向力分析

4.6 不同工况下转柱受力及冷却流量的计算

4.6.1 转柱受力的计算

4.6.2 冷却流量的计算

第五章 磁力转柱泵的能耗分析与计算

5.1 容积损失

5.1.1 容积损失的几种形式

5.1.2 缝隙间容积损失的计算

5.2 摩擦损失

5.3 涡流损失

5.3.1 涡流损失的产生

5.3.2 涡流损失的计算方法

5.4 温度场的数值计算

5.4.1 边界条件的假设

5.4.2 计算方法

5.4.3 计算结果分析

第六章 试验

6.1 试验测试目的

6.2 试验方案

6.3 滑片泵性能预测试验

6.4 磁力转柱泵性能试验

6.5 磨损试验

6.6 样机试验结果分析

第七章 总结与展望

7.1 研究结果与总结

7.2 研究展望

附录

参考文献

致谢

在读学位期间发表的论文