蒙乃尔合金泵的水力设计及性能预测

摘要

近来，人们也越来越关心与自己息息相关的环境，对汽车尾气的排放以及油品升级等问题引起了广泛的讨论。氢氟酸法制备的烷基化汽油可以很好的提高油品，但是烷基化装备中的蒙乃尔合金泵属于特殊物资，无论进口还是备件购买的渠道都不通畅，对使用和维护造成了很大影响，其国产化十分急迫。结合中石化科技攻关项目，本文对其中一台蒙乃尔合金泵进行国产化研究，旨在提高泵设备的效率和对特种材料蒙乃尔合金的铸造工艺进行研究，实现该泵的国产化。
　　本文首先运用现有设计的设计理论并参照国外同类型产品的大包角参数选取来进行水力模型设计叶轮。之后运用CFD数值计算和铸造数值模拟的方法，对各个模型进行流场计算以及不同铸造工艺方案的充型、凝固过程和缩孔缩松现象进行分析，得到最优的设计参数和成熟的叶轮铸造工艺方案。通过对CFD计算结果的分析得到:包角为300°、较大的冲角且较小的出口角时，运行最稳定，多数工况下其效率也最高。泵性能试验曲线与CFD计算值相近，性能和效率值均达到了设计指标，并且超过了同工位原国外产品。铸造的数值模拟得出在1400℃浇注温度下，充型平稳、凝固顺序符合预期，缩孔缩松发生部位对叶轮质量影响不大，同时对凝固后应力场的分析发现可能出现冷裂，故采取浇注后保温处理的措施。按照该工艺方案进行浇注试制成功。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 低比转速离心泵

1．2．2 铸造数值模拟

1．3 本文的研究内容

第二章 泵水力设计

2．1 泵的基本技术参数

2．2 叶轮设计

2．2．1 叶轮主要参数确定

2．2．2 叶轮几何参数的正交试验

2．3 蜗壳设计

2．4 本章小结

第三章 数值计算方法

3．1 控制方程

3．2 三维湍流数值模拟方法

3．2．1 标准κ-ε模型

3．2．2 RNG κ-ε模型

3．3 边界条件的设定

3．3．1 进口边界条件

3．3．2 出口边界条件

3．3．3 壁面边界条件

3．3．4 叶轮和蜗壳的耦合

3．4 本章总结

第四章 内部流动定常数值模拟

4．1 计算区域及三维建模

4．2 网格划分

4．2．1 叶轮网格划分

4．2．2 蜗壳网格划分

4．2．3 网格装配

4．3 网格无关性分析

4．4 CFD计算及性能预测

4．4．1 外特性分析

4．4．2 压力云图分析

4．4．3 速度矢量图分析

4．4．4 极差分析

4．5 不同包角方案的研究

4．5．1 外特性分析

4．5．2 压力云图分析

4．5．3 速度矢量图分析

4．5．4 最佳方案

4．6 本章小结

第五章 蒙乃尔合金铸造工艺的研究

5．1 蒙乃尔合金简介

5．2 铸造过程数值模拟介绍

5．2．1 铸造数值模拟方法与常用软件

5．2．2 数值模拟流程

5．3 工艺方案设计

5．3．1 选择铸造类型

5．3．2 精密铸造简介

5．3．3 工艺方法

5．3．4 工艺方案设计

5．4 工艺方案的数值模拟

5．4．1 模型建立

5．4．2 网格划分

5．4．3 前处理

5．4．4 各方案结果分析

5．4．5 方案选择

5．5 实际生产验证

5．6 本章总结

第六章 整机外特性试验

6．1 试验装置

6．2 试验结果

6．3 试验结果和模拟计算对比

6．4 本章总结

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况