基于数值模拟的屏蔽旋涡泵性能研究

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屏蔽旋涡泵集合了屏蔽泵和旋涡泵的特点,不仅满足了小流量、高扬程,绝对零泄漏的设计要求,而且机组噪声低于普通旋涡泵,改善了工作环境。屏蔽电机与旋涡叶轮同轴运转,彻底解决机械传动泵轴封泄漏以及泄漏引起的污染问题。屏蔽旋涡泵在船舶、舰艇上具有广阔的应用前景。本文结合实际需要,设计研制了一台屏蔽旋涡泵。主要研究工作有:   (1)本课题以550W的屏蔽电机和流量0.8m3/h、扬程25m的旋涡泵为例进行了设计。其中旋涡泵的水力部件设计主要包括叶轮设计、流道设计等;配套的屏蔽电机设计包括定、转子冲片设计及定、转子屏蔽套设计等,然后结合ANSOFT RMxprt电机专业设计软件进行设计优化及性能评估。   (2)屏蔽电机内部磁场模拟。运用电磁场有限元分析软件ANSOFT对屏蔽电机进行二维静态、瞬态和三维涡流场分析,研究了不同时刻的磁力线分布和气隙磁密分布等,得出屏蔽电机启动时刻性能曲线、屏蔽套内部涡流分布情况,分析不同材料对屏蔽套涡流损耗影响。   (3)屏蔽旋涡泵水力部件内部流场数值模拟。利用ICEM网格技术对模型泵进行网格划分,选择FLUENT软件中RNG湍流模型对该旋涡泵内部流场进行定常、非定常数值模拟计算,通过取点得到压力、流速在流道中的分布情况,分析了径向旋涡、纵向旋涡对其产生的影响,得到结论表明纵向旋涡在流道内时刻存在,径向旋涡主要出现在流道进口部位,且纵向旋涡作用大于径向旋涡。   (4)屏蔽旋涡泵流道内的压力脉动分析。通过对不同工况下流道不同区域各监测点的压力脉动数据进行幅域、时域和频域分析,对流道内的压力脉动特性进行了研究。研究表明,叶轮与隔舌问的动静干扰是产生压力脉动的主要脉动源,并在整个流道内传播;由于径向旋涡、纵向旋涡的存在使得压力波动曲线呈现很强的脉动和不稳定性。流道各点压力脉动幅值,随流量增大而降低;一定流量下,压力脉动幅值由进口到出口呈增大趋势。   (5)对相同参数的旋涡泵的出口流动噪声进行测试。分析流动噪声一个叶轮转动周期内的时域、频谱图,得出流动噪声时域图周期性明显、频谱图与流道内压力脉动频谱相似,说明压力脉动可以一定程度上反映流动噪声的变化。
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