【摘 要】
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随着我国经济的飞速发展,对石油需求量越来越大,而我国能源结构是煤多油少,因此,通过煤炭获取石油产品已成为满足我国石油需求,应对能源挑战一项重要战略措施。煤制油泵是煤
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随着我国经济的飞速发展,对石油需求量越来越大,而我国能源结构是煤多油少,因此,通过煤炭获取石油产品已成为满足我国石油需求,应对能源挑战一项重要战略措施。煤制油泵是煤炭获取石油产品工艺中的重要设备之一,国内现有煤制油泵都是从国外进口,价格高还得不到相应的技术。针对煤制油泵的现状,对煤制油泵的设计和可靠性进行深入研究,不仅具有重要的实际工程意义,同时也具有较高的学术价值。
本文通过对多级蜗壳式煤制油泵结构与水力设计、内部流动数值模拟、流固耦合有限元动力学特性进行研究,以提高多级蜗壳式煤制油泵的效率和可靠性。本文主要研究内容包括以下几个部分:
1.针对多级蜗壳式煤制油泵主要应用领域,总结现有多级离心泵的结构设计优、缺点后,对多级蜗壳式煤制油泵的结构进行了设计。
2.参考优秀水力模型和借鉴成熟设计经验,采用速度系数法对多级蜗壳式煤制油泵的的吸水室、各级叶轮和蜗壳进行了水力设计。实现了多级蜗壳式煤制油泵水力和结构的国产化设计。
3.利用CFD软件FLUENT6.3,对多级蜗壳式煤制油泵各级泵进行了内部流动数值模拟,分析了各级泵流道内静压、速度的流动特性。在内部流动数值模拟的基础上,对各级泵能量性能进行了预测。
4.基于有限元软件ANSYS,对整个转子振动模态进行了有限元分析,得到了转子10阶固有频率和相应振型图。根据多级蜗壳式煤制油泵转子部件的固有频率,计算出了该转子相应的“干”临界转速。通过做有预应力的模态分析,得到了转子部件“湿”临界转速,并将“干”、“湿”临界转速数值和振型进行了对比分析。
5.实现了离心泵叶轮和蜗壳的内流场和结构场双向同步交替求解。基于叶轮和蜗壳的内流场和结构场的流固耦合数值模拟,对多级蜗壳式煤制油泵各级泵不同工况流固耦合作用前后内部流场变化情况进行了分析,并对流固耦合作用前后各级泵各监测点压力进行了对比分析,同时对流固耦合作用后各级泵的结构动力特性进行了分析,得到了不同工况条件下各级泵在一个周期内的结构变形和应力特性。
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