为满足车船、航天等领域的需求,解决传统离心泵因机械密封导致的泄漏、发热及磨损等问题,运用磁力驱动技术将离心泵传递动力的动密封变动为静密封,实现动力传递过程的无泄漏并取得了良好的效果。本课题根据某研究所委托开发合同为某新型液冷系统研究一种新型高速磁力泵,研制型号为GCB500-130。根据委托开发合同提出的技术要求,对紧凑型磁力泵进行了叶轮、蜗壳与诱导轮的水力设计,确定了隔离套和内外磁钢等零件的结构尺寸。考虑到紧凑型磁力泵蜗壳采用双蜗壳形式,设计了六种不同隔板长度的蜗壳方案,根据ANSYS-CFX软件计算结果对比不同方案下泵全流场流动状况与径向力分布,并以蜗壳方案四为例进行了加工与试验。在研究过程中,利用数值模拟技术对该蜗壳方案泵在不同工况下的流场、外特性、压力脉动特性、叶轮径向力等进行研究,同时基于Workbench软件中多场耦合的数值分析方法对泵主要过流部件叶轮、蜗壳与隔离套进行结构静力学与动力学分析,得到磁力泵内的应变分布与模态,验证了泵主要过流部件结构设计的合理性与可靠性。本论文主要研究内容及成果总结如下:(1)根据某研究所委托开发合同提出的技术要求,设计研制了一种较大流量、高扬程、高转速的新型紧凑型高速磁力泵,具有创新性。对紧凑型磁力泵的叶轮与蜗壳进行了水力设计,对各部分零件进行了结构设计。磁力泵通过磁性联轴器传递扭矩,利用磁转矩计算经验公式求解与数值模拟的方法,确定了磁力传动部分内外磁转子的设计方案。设计过程中,将叶轮与内磁转子合为一体、隔离套与泵轴合为一体,减小了泵的体积,设计新颖。(2)新型高速磁力泵采用了双蜗壳结构,有效实现径向力平衡。分别对六种不同隔板长度的蜗壳方案构建泵全流场实体模型并划分计算域网格,通过数值计算方法对比采用不同方案蜗壳后流场的变化规律,分析改变隔板长度对泵外特性的影响。结果表明,相较于无隔板的蜗壳方案一,采用有隔板的蜗壳方案二至六后泵内流动得到一定改善,其中方案四至六的蜗壳使叶轮周向压力呈对称分布。除流动特性外,采用无隔板的蜗壳方案一的泵扬程在各流量工况下均为最大值,采用有隔板的蜗壳方案时,各方案下泵扬程随隔板长度增加逐渐提高。与扬程变化规律类似,隔板长度的增加使泵效率出现一定增长,而无隔板的蜗壳方案一的效率贴近方案四。以方案四蜗壳为例进行了加工与样机试验,对采用该方案后不同工况下泵内流体流动规律与泵外特性进行分析,并在高速泵试验台对泵性能进行试验评估,数值模拟与试验结果表明该方案下泵性能满足设计要求。(3)本课题研究的紧凑型磁力泵具有较大流量、高转速的特点,为防止运行过程中泵内介质出现空化现象危害机组的正常使用,设计了一款应用于该紧凑型磁力泵的诱导轮。根据诱导轮零件图进行三维建模,通过CFX软件对单独诱导轮的流场与汽蚀情况进行计算分析,结果表明在诱导轮叶片表面,压力自进口至出口呈梯度增加,速度沿轮毂至轮缘逐渐提高。诱导轮发生汽蚀时汽泡自叶片进口边靠近轮缘位置逐渐向流道内发展,轻微汽蚀对诱导轮性能影响较小。(4)对泵压力脉动特性与叶轮径向力进行了研究。压力脉动计算结果表明,叶轮与蜗壳流域内的压力脉动主频分别为轴频与叶频,次主频分别为各自谐频。除叶片进口与隔舌附近区域外,有无诱导轮对压力脉动基本无影响。径向力计算结果表明,在额定工况下,相较于无隔板的蜗壳方案一,采用有隔板的蜗壳方案二至六时叶轮径向力明显减小。采用有隔板的双蜗壳形式时,叶轮径向力随隔板长度增加逐渐降低,当隔板延伸至方案五所示长度后,继续增加隔板长度基本不再改变径向力大小。(5)基于Workbench软件对紧凑型磁力泵主要过流部件进行静力学与动力学分析,计算结果表明,叶轮转子体、蜗壳及隔离套的应力与变形程度随流量的减小逐渐增加,隔离套圆筒壁最大变形远小于其与外磁转子体的间距,泵运行时不同流量工况下各部件均满足力学性能要求。有预应力情况下,各部件固有频率远离主要的流动诱导激励频率,泵不易发生共振。