冲压泵与铸造泵效率技术指标的对比分析与研究

论文摘要

冲压焊接离心泵流道表面光滑、清洁环保、制造过程省时省材、水力性能优于铸造泵而且使用寿命长,维修替换方便等等优点繁多,已经成为未来泵发展的主方向。冲压泵的效率技术指标往往高于国家标准而铸造泵的效率技术指标往往低于国家标准,为此,本文选取DQ100-64-22型冲压泵为研究对象,利用CFD数值模拟的方法开展了冲压泵与铸造泵效率技术指标的相关对比研究,同时对于部分结构的方案与扬程效率之间的关系,进行了理论分析与试验研究。本文的主要工作和成果如下：1.通过查阅大量的资料,详细介绍了国内外在冲压泵设计理论、设计方法上的研究成果；比较了冲压泵和铸造泵的设计方法及制造工艺；并对冲压泵与铸造泵进行结构对比,分析得在叶型、叶片厚度、口环间隙和叶轮粗糙度等结构存在较大差异。2.应用Pro/E软件建立DQ100-64-22型多级冲压泵单级水力模型,利用Gambit画流体域网格,定义边界条件,然后倒入到Fluent模拟计算,分析内流场的静压、速度、总压等参数,再用后处理方法通过计算得到扬程效率等外特性参数。3.对直叶片、倒角边叶片、空间叶片倾斜等三种叶型模拟分析内流场和扬程效率。得到,叶片倒角和倾斜对于泵的影响较小；直叶片对内流场和水力性能影响较大,但在小流量时影响很小。说明直叶片叶型适用于低比转速；冲压泵与铸造泵受叶型影响较小。4.研究不同叶片厚度d模型的模拟结果。得到,在d=2mm时内流场流态和性能变化微小；在铸造泵范围d=3mm时,内流场和性能受影响较大。比较冲压泵叶片厚度d=1mm与铸造泵叶片厚度d-3mm,扬程效率提高百分比分别为2.85%、3.34%。5.分析口环间隙与扬程效率关系。结果表明,口环间隙对泵腔的静压力和流动速度都有一定影响；冲压泵的口环间隙为零,铸造泵为0.25mm,比较它们在设计工况下的扬程效率,冲压泵提高百分比分别为5.16%、2.25%。6.通过改变Fluent里的设置项粗糙高度,研究叶轮内流道粗糙度对泵性能的影响。结果表明,粗糙度对扬程效率影响比较显著,而对内流场变化影响不大。受粗糙度影响,冲压泵比铸造泵扬程效率提高的百分点分别为2.22%和2.86%。7.与企业合作制造样机,并在企业的试验平台上对部分方案进行试验研究。结果显示试验数据中扬程普遍比模拟结果略高而效率比模拟结果稍低,但变化趋势与模拟结果一致,证明模拟结果的可靠性。本文对比研究冲压泵和铸造泵的成果只是阶段性的,在此基础上还需进一步深入研究,为离心泵的发展应用提供坚实的理论和实践基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.1.1 离心泵概述
• 1.1.2 冲压泵概述
• 1.2 冲压泵研究现状和发展趋势
• 1.2.1 冲压泵研究现状
• 1.2.2 冲压泵发展趋势
• 1.3 本文主要研究内容及意义
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 研究意义
• 第2章 冲压泵与铸造泵的对比及理论分析
• 2.1 冲压泵与铸造泵的特点对比
• 2.1.1 设计方法
• 2.1.2 制造工艺对比
• 2.2 冲压泵与铸造泵效率差异的影响因素分析
• 2.2.1 叶片型线分析
• 2.2.2 叶片厚度的理论分析
• 2.2.3 口环泄漏及对效率影响的理论计算
• 2.2.4 流面粗糙度的效率换算
• 2.3 本章小结
• 第3章 内流场三维建模及CFD解算方法
• 3.1 数值模拟技术的应用
• 3.1.1 计算流体力学CFD技术简介
• 3.1.2 CFD技术在离心泵内流场模拟中的应用
• 3.2 利用CAD技术的三维模型构建
• 3.2.1 Pro/E三维建模简介
• 3.2.2 多级冲压泵流体域建模分析
• 3.2.3 叶轮内流场建模
• 3.2.4 空间导叶内流场建模
• 3.2.5 前后泵腔流域建模
• 3.2.6 整体模型组装成型
• 3.3 计算域网格划分及边界条件定义
• 3.3.1 计算域网格划分
• 3.3.2 边界条件设定
• 3.4 CFD内流场模拟设置及解算原理
• 3.4.1 控制方程
• 3.4.2 湍流模型
• 3.4.3 流固耦合模型
• 3.4.4 方程离散方法
• 3.4.5 数值求解方法
• 3.5 模拟计算结果后处理
• 3.6 本章小结
• 第4章 冲压泵结构特性对性能的影响
• 4.1 冲压泵性能分析
• 4.1.1 主要性能参数和曲线
• 4.1.2 冲压泵原型整机模拟
• 4.2 叶片型线对冲压泵效率影响的数值模拟分析
• 4.2.1 研究方案
• 4.2.2 内流场流动特性的影响分析
• 4.2.3 泵效率技术指标的对比分析
• 4.3 叶片厚度对冲压泵效率影响的数值模拟分析
• 4.3.1 研究方案
• 4.3.2 内流场流动特性的影响分析
• 4.3.3 泵效率技术指标的对比分析
• 4.4 口环间隙对冲压泵效率影响的数值模拟分析
• 4.4.1 研究方案
• 4.4.2 内流场流动特性的影响分析
• 4.4.3 泵效率技术指标的对比分析
• 4.5 叶轮内壁粗糙度对冲压泵效率影响的数值模拟分析
• 4.5.1 研究方案
• 4.5.2 内流场流动特性的影响分析
• 4.5.3 泵效率技术指标的对比分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 冲压泵试验研究
• 5.1 试验概述
• 5.2 试验装置和试验方案
• 5.2.1 试验装置系统
• 5.2.2 试验方案
• 5.2.3 试验测量方法
• 5.3 试验结果分析
• 5.3.1 叶片四周倒圆角的性能试验结果分析
• 5.3.2 口环无密封件的性能试验结果分析
• 5.3.3 叶片两倍厚度的性能试验结果分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 符号说明
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果