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高速矿用抢险泵是针对当前煤矿透水抢险救援设备严重不足,缺乏体积小、高扬程、便于安装的快速抢险泵而设计开发的。本课题属于国家科技支撑计划项目《煤矿透水快速救援排水设备研究与开发》(项目号:2013BAK06B02)的研究内容之一,以GPQ100-1000型高速矿用抢险泵样机为研究对象,对高速矿用抢险泵的数值模拟分析,重点研究了高速矿用抢险泵的临界转速及振型,不平衡质量对临界转速及振幅的影响,泵启动过程及不同转速的瞬态响应等,为抢险泵结构的合理设计提供依据,提高该泵的可靠性和稳定性,主要研究内容及创新点如下: (1)根据设计参数及性能要求,对过流部件如诱导轮、初级叶轮和次级叶轮等进行水力设计。对高速矿用抢险泵的整体结构进行分析,通过UG进行三维建模和ICEM进行网格划分,基于CFX对其进行全流场模拟分析,得到了该高速矿用抢险泵的外特性特征,分析了流场的分布规律,计算结果满足设计要求。 (2)由SAMCEF/Rotor进行转子的动力学分析,对高速矿用抢险泵进行模拟和计算,利用其分别对高速抢险泵转子系统进行一维梁模型、二维傅里叶模型和三维实体模型的临界转速及振型分析,结果显示转轴为柔性轴,转子系统达到额定转速需要通过一阶临界转速。 (3)基于瞬态响应分析,研究不平衡质量的大小对泵启动过程的影响,包括不同不平衡质量启动过程中振幅的峰值响应时间和最大径向位移、不同转速、不同启动时间下的瞬态响应进行分析等,得到基于瞬态响应分析的不同参量下的动力学变化。 (4)基于谐响应分析,通过对比不同的流体力模型,分析不同模型对于转子谐响应的影响,包括干态和湿态下各转子部件的径向位移幅值,转子的振幅随频率的变化规律等。通过CFX模拟内循环流场(冷却循环回路),首次将定子和转子之间产生的间隙环流施加到转子系统中,分析其对转子模态以及不平衡质量对谐响应的影响,例如不平衡质量的大小、位置、以及转子不同转速下各转子部件的最大振幅等。 (5)根据泵工业产品标准限定的工作转速和临界转速的取值范围,以及基于不平衡质量的转子设计规范对该矿用抢险泵的转子进行分析改进,使其符合动力学设计标准。