甲醇泵水力设计及压力脉动特性研究

摘要

甲醇泵是一种工业中用于输送甲醇的水平中开式多级泵，因其具有大流量、高扬程等特点被广泛运用于石油化工及煤化工行业中。在甲醇多级泵中，特殊的首级双吸双蜗壳结构内压力波动是引起泵振动的关键原因，且鲜有研究，本文通过对首级双吸叶轮切割，探究了双出口蜗壳内压力脉动的变化情况，来优化泵的运行环境。
　　本文以一台4级蜗壳式甲醇泵为研究模型，采用理论分析、数值计算和试验验证相结合的方法，对比分析了不同流量工况下主要过流部件的内流特性，并将数值模拟的外特性与试验结果相对比;完成了泵轴与叶轮转子部件的模态分析，验证了泵转子部件运行的安全可靠性;研究了首级双吸叶轮在不同切割工况下蜗壳内的压力脉动特性，得出如下结论:(1)过流部件水力设计合理，各级叶轮与流道内内流特性符合设计要求，数值模拟结果与试验结果符合性较好;(2)泵转子的有预应力模态分析中，离心力对固有频率的影响比水压力大，转子有预应力模态的固有频率偏离结构整体的激振频率危险区域，泵转子的设计合理，泵的运转是安全的;(3)首级叶轮切割后，蜗壳内各点压力脉动变化符合叶轮的转动规律，不同切割量下，首级双蜗壳隔舌点处压力波动在0.98切割量下最优，蜗壳出口点处压力脉动随着切割量增加波动减小，叶轮切割量不宜过大;不同切割方式下，隔舌点处，V切叶轮压力波动最优，斜切叶轮时蜗壳内压力波动较大，对出口点处的影响较小。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 多级离心泵数值模拟研究现状

1．2．2 泵转子模态分析研究现状

1．2．3 离心泵叶轮切割研究现状

1．2．4 多级离心泵压力脉动研究现状

1．3 本文研究内容

第二章 计算流体力学及模态分析基本理论

2．1 计算流体力学的概述及控制方程

2．1．1 计算流体力学概述

2．1．2 控制方程

2．2 数值计算方法

2．3 湍流数值模拟方法

2．4 模态分析基本理论

2．5 本章小结

第三章 甲醇泵水力设计及网格划分

3．1 甲醇泵设计参数

3．2 结构布置

3．3 叶轮水力设计

3．3．1 首级叶轮

3．3．2 次级叶轮

3．4 吸水室水力设计

3．5 压水室及过渡流道水力设计

3．5．1 末级蜗壳

3．5．2 过渡流道的设计

3．6 实体建模

3．6．1 各级叶轮

3．6．2 半螺旋形吸水室

3．6．3 末级蜗壳

3．6．4 其它部件流道与总装配图的三维造型

3．7 甲醇泵网格划分

3．7．1 网格划分

3．7．2 网格无关性验证

3．8 本章小结

第四章 甲醇泵定常模拟与可靠性验证

4．1 定常数值模拟

4．1．1 CFX模拟设置

4．1．2 流场分析

4．1．3 过渡流道损失分析

4．2 水力性能试验与模拟结果对比

4．3 泵转子强度验证

4．3．1 计算模型

4．3．2 自由模态结果分析

4．3．3 有预应力模态分析及对比

4．4 本章小结

第五章 甲醇泵首级叶轮切割压力脉动分析

5．1 非定常设置

5．2 首级叶轮切割量蜗壳内压力脉动分析

5．2．1 蜗壳内周向压力脉动分析

5．2．2 蜗壳内特殊点压力脉动分析

5．3 首级叶轮切割方式蜗壳内压力脉动分析

5．3．1 蜗壳内周向压力脉动分析

5．3．2 蜗壳内特殊点压力脉动分析

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况