电厂用IS型离心泵的结构设计与数值分析

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本论文所研究的一款IS型离心泵是张家港华兴电力有限公司使用的离心泵,其作为循环泵输送介质为热水(100℃以下)。根据了解到的相关运行数据,该泵在输送高温介质运行过程中经常需要更换轴承,以及密封。本论文以此作为出发点,采用设计计算与数值分析相结合的方法,基于计算流体力学,探究输送介质温度对IS型离心泵结构强度的影响规律,从而获得准确的IS型离心泵温度场和结构特性,为该泵结构的可靠性设计提供理论参考,指导解决IS型离心泵在输送高温介质时,出现的一系列问题。主要研究内容及创新点有:  1)针对电厂用IS型离心泵的参数要求,采用一元设计理论,将速度系数法与相似换算法相结合的方法,完成了电厂用IS型离心泵的叶片和压水室设计。参照同类型的泵,完成电厂用IS离心泵的总装设计。分析电厂用IS型离心泵几何参数:叶片出口安放角β2、叶轮外径、叶片出口宽度、排挤系数以及转速对其泵性能的影响。  2)通过PRO/E建立IS型离心泵的流体域模型,运用流体商用计算软件CFX对IS型离心泵内部流体域进行定常模拟和非定常模拟。分析IS型离心泵的内部流场特性,以及压力脉动特性,为电厂用IS型离心泵的水力设计起到反馈指导的作用。  3)电厂用IS型离心泵输送高温介质产生的热变形,应力集中,会造成轴承卡死,失效,以及密封失效,严重影响泵的稳定运行。针对这一问题,重点分析了叶轮和转轴核心部件。结合之前完成的流场分析,使用WORKBEACH协同仿真平台分别进行了流—热耦合、流—固耦合、流—固—热耦合。分析应力及变形的分布规律,判定使用IS离心泵输送高温介质会出现失效可能性。  4)研究电厂用IS型离心泵的叶轮和转轴的动力学特性,重点分析叶轮和转轴的固有频率以及振型。主要分为两个部分:无预应力下转子的模态分析,预应力下转子的模态分析。判定叶轮和转轴在激励频率(额定转速的倍数)发生共振可能性,验证转轴设计的可靠性。
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