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“光伏+光熱”電站儲能模塊熱鹽泵設計

摘要

高溫(wen)熱鹽(yan)泵(beng)(beng)(beng)(beng)是(shi)一種(zhong)用于處(chu)理高溫(wen)熔(rong)鹽(yan)溶液(ye)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)泵(beng)(beng)(beng)(beng)，廣泛應(ying)用于化學、石油和(he)(he)(he)電力等能源(yuan)行(xing)業。本文根(gen)據給定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)設(she)計(ji)(ji)參數(shu)(shu)完成(cheng)了(le)(le)“光伏+光熱”電站儲能模(mo)塊熱鹽(yan)泵(beng)(beng)(beng)(beng)水力及(ji)結(jie)構(gou)設(she)計(ji)(ji)及(ji)CFD分析(xi)，包(bao)括熔(rong)鹽(yan)泵(beng)(beng)(beng)(beng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)作原理、熔(rong)鹽(yan)泵(beng)(beng)(beng)(beng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)選型(xing)設(she)計(ji)(ji)、材料選擇，水力模(mo)型(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)構(gou)建(jian)和(he)(he)(he)仿(fang)真(zhen)，木模(mo)圖(tu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)抽取繪制以及(ji)泵(beng)(beng)(beng)(beng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)構(gou)設(she)計(ji)(ji)等內容。在(zai)熔(rong)鹽(yan)泵(beng)(beng)(beng)(beng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)選型(xing)設(she)計(ji)(ji)方面(mian)，根(gen)據設(she)計(ji)(ji)任務要求(qiu)，計(ji)(ji)算(suan)出(chu)泵(beng)(beng)(beng)(beng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)主要參數(shu)(shu)，同時選擇了(le)(le)可顯著提高泵(beng)(beng)(beng)(beng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)抗腐(fu)蝕性的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)設(she)計(ji)(ji)材料。在(zai)CFturbo設(she)計(ji)(ji)軟(ruan)件(jian)(jian)上完成(cheng)水力模(mo)型(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)設(she)計(ji)(ji)。然(ran)后使用仿(fang)真(zhen)軟(ruan)件(jian)(jian)進行(xing)模(mo)擬(ni)計(ji)(ji)算(suan)。根(gen)據計(ji)(ji)算(suan)結(jie)果分析(xi)了(le)(le)泵(beng)(beng)(beng)(beng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)流量(liang)、揚程(cheng)、效率等參數(shu)(shu)，說明了(le)(le)這些參數(shu)(shu)對泵(beng)(beng)(beng)(beng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)性能影(ying)響，并提出(chu)了(le)(le)相應(ying)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)優(you)化方案(an)。在(zai)熔(rong)鹽(yan)泵(beng)(beng)(beng)(beng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)構(gou)設(she)計(ji)(ji)方面(mian)，本文設(she)計(ji)(ji)了(le)(le)一種(zhong)雙接管的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)高溫(wen)熔(rong)鹽(yan)泵(beng)(beng)(beng)(beng)結(jie)構(gou)，通過優(you)化泵(beng)(beng)(beng)(beng)頭(tou)、泵(beng)(beng)(beng)(beng)軸和(he)(he)(he)密封結(jie)構(gou)等關鍵(jian)部(bu)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)設(she)計(ji)(ji)，提高了(le)(le)泵(beng)(beng)(beng)(beng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)密封性和(he)(he)(he)穩定性。關于零部(bu)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)設(she)計(ji)(ji)，主要以泵(beng)(beng)(beng)(beng)軸和(he)(he)(he)密封為例，介紹了(le)(le)它們(men)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)設(she)計(ji)(ji)原則(ze)和(he)(he)(he)關鍵(jian)技術要點。

關(guan)鍵詞：高溫熔鹽泵,仿真,結構設計

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背景介紹

水(shui)泵(beng)屬(shu)于水(shui)力工作(zuo)機(ji)，即消耗(hao)能(neng)(neng)(neng)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)機(ji)械。其作(zuo)用(yong)是(shi)(shi)把(ba)原(yuan)動(dong)機(ji)的(de)(de)(de)(de)機(ji)械能(neng)(neng)(neng)或外(wai)部能(neng)(neng)(neng)量(liang)(liang)轉(zhuan)換為(wei)(wei)液體介質的(de)(de)(de)(de)機(ji)械能(neng)(neng)(neng)。泵(beng)的(de)(de)(de)(de)種類很(hen)多(duo)，應(ying)用(yong)非常廣泛(fan)，在國(guo)民經濟的(de)(de)(de)(de)各(ge)個領域(yu)都有廣泛(fan)應(ying)用(yong)，是(shi)(shi)發(fa)(fa)展現(xian)(xian)(xian)代化農業(ye)、現(xian)(xian)(xian)代化工業(ye)、現(xian)(xian)(xian)代化國(guo)防(fang)必不可少的(de)(de)(de)(de)機(ji)器設(she)備。熔(rong)鹽(yan)儲(chu)(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)作(zuo)為(wei)(wei)單(dan)獨的(de)(de)(de)(de)儲(chu)(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)單(dan)元(yuan)模塊，可以很(hen)好匹配(pei)火(huo)電(dian)靈活(huo)改造(zao)(zao)、工業(ye)蒸汽生(sheng)產需求(qiu)。目前(qian)熱(re)(re)鹽(yan)泵(beng)儲(chu)(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)技術已經廣泛(fan)應(ying)用(yong)于太陽(yang)能(neng)(neng)(neng)光(guang)熱(re)(re)發(fa)(fa)電(dian)系統等新(xin)能(neng)(neng)(neng)源系統，利用(yong)了硝酸鹽(yan)儲(chu)(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)特性將太陽(yang)光(guang)熱(re)(re)能(neng)(neng)(neng)轉(zhuan)換為(wei)(wei)熔(rong)鹽(yan)的(de)(de)(de)(de)內(nei)能(neng)(neng)(neng)來(lai)存(cun)儲(chu)(chu)(chu)和發(fa)(fa)出能(neng)(neng)(neng)量(liang)(liang)，可以實現(xian)(xian)(xian)能(neng)(neng)(neng)量(liang)(liang)在系統之間的(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)移(yi)，滿足可再生(sheng)能(neng)(neng)(neng)源的(de)(de)(de)(de)電(dian)網(wang)調峰需求(qiu)。除了光(guang)熱(re)(re)領域(yu)外(wai)，熱(re)(re)鹽(yan)儲(chu)(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)在熔(rong)鹽(yan)儲(chu)(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)供暖、供蒸汽以及火(huo)電(dian)機(ji)組的(de)(de)(de)(de)靈活(huo)改造(zao)(zao)領域(yu)也(ye)有很(hen)大的(de)(de)(de)(de)競爭優勢(shi)。

圖1.1熔鹽(yan)泵儲能單元

熔(rong)鹽(yan)儲(chu)能分為蓄熱(re)(re)(re)(re)與(yu)(yu)(yu)放(fang)熱(re)(re)(re)(re)兩(liang)個(ge)工作(zuo)過(guo)程(cheng)。蓄熱(re)(re)(re)(re)過(guo)程(cheng)采用(yong)智(zhi)能互補系(xi)統(tong)(tong)(tong)將風電(dian)、光伏、夜間低谷電(dian)、工業廢(fei)熱(re)(re)(re)(re)作(zuo)為加(jia)熱(re)(re)(re)(re)熔(rong)鹽(yan)的(de)能源(yuan)，通過(guo)加(jia)熱(re)(re)(re)(re)熔(rong)鹽(yan)存(cun)儲(chu)可(ke)再(zai)生(sheng)能源(yuan)或低谷電(dian)能。放(fang)熱(re)(re)(re)(re)過(guo)程(cheng)在換熱(re)(re)(re)(re)系(xi)統(tong)(tong)(tong)中(zhong)高溫熔(rong)鹽(yan)與(yu)(yu)(yu)水換熱(re)(re)(re)(re)，產(chan)(chan)生(sheng)水蒸(zheng)汽(qi)，驅動渦輪機工作(zuo)，對外發電(dian)。熔(rong)鹽(yan)儲(chu)能系(xi)統(tong)(tong)(tong)常與(yu)(yu)(yu)光伏、風電(dian)、核能等系(xi)統(tong)(tong)(tong)相耦合(he)。加(jia)熱(re)(re)(re)(re)后產(chan)(chan)生(sheng)的(de)蒸(zheng)汽(qi)與(yu)(yu)(yu)用(yong)戶(hu)側循環(huan)(huan)(huan)水回(hui)(hui)水進行(xing)換熱(re)(re)(re)(re)，換熱(re)(re)(re)(re)后產(chan)(chan)生(sheng)的(de)凝結水經過(guo)處(chu)理后可(ke)回(hui)(hui)到熔(rong)鹽(yan)放(fang)熱(re)(re)(re)(re)循環(huan)(huan)(huan)中(zhong)繼(ji)續循環(huan)(huan)(huan)使(shi)用(yong)，換熱(re)(re)(re)(re)后的(de)循環(huan)(huan)(huan)水供水供熱(re)(re)(re)(re)用(yong)戶(hu)使(shi)用(yong)，經熱(re)(re)(re)(re)用(yong)戶(hu)使(shi)用(yong)后的(de)循環(huan)(huan)(huan)水回(hui)(hui)水，再(zai)與(yu)(yu)(yu)蒸(zheng)汽(qi)進行(xing)換熱(re)(re)(re)(re)，完成蒸(zheng)汽(qi)/水換熱(re)(re)(re)(re)循環(huan)(huan)(huan)。

雙罐系統適用于大(da)面積供暖、工業蒸汽、發電、電廠(chang)的(de)調峰(feng)、清潔電能(neng)的(de)消納等域。

圖1.2雙罐系統

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泵的選型設計

本次(ci)設計(ji)所提供的參數要求(qiu)為揚(yang)程(cheng)H=78.6m，流量Q=1285.58m3/h，目標效率(lv)(lv)η=72.0%。根據高溫泵的設計(ji)要求(qiu)，熱鹽泵的轉速(su)不會太(tai)高，因此泵轉速(su)確定(ding)為n=1480r/min。為達到(dao)較高的水力效率(lv)(lv)，本文設計(ji)的熱鹽泵的泵軸與葉輪相連接，泵的進出口(kou)直徑，可以(yi)由(you)合理的進口(kou)流速(su)以(yi)及(ji)轉速(su)確定(ding)。

由于本(ben)次(ci)(ci)設(she)計的(de)(de)(de)(de)(de)熱鹽泵(beng)是多級(ji)(ji)泵(beng)，選(xuan)擇分級(ji)(ji)數(shu)時，每次(ci)(ci)分級(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)效率(lv)(lv)都需(xu)要單獨計算(suan)。不同級(ji)(ji)數(shu)泵(beng)之間的(de)(de)(de)(de)(de)轉速(su)(su)，流量是不變(bian)的(de)(de)(de)(de)(de)，因此每次(ci)(ci)計算(suan)只需(xu)改變(bian)揚(yang)程，計算(suan)出各(ge)自的(de)(de)(de)(de)(de)比轉速(su)(su)以及總效率(lv)(lv)。分析計算(suan)得(de)出的(de)(de)(de)(de)(de)各(ge)級(ji)(ji)比轉速(su)(su)，對比總效率(lv)(lv)的(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)化幅度，選(xuan)擇提高級(ji)(ji)數(shu)后效率(lv)(lv)不再明顯上升(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)級(ji)(ji)數(shu)作為本(ben)次(ci)(ci)設(she)計泵(beng)的(de)(de)(de)(de)(de)級(ji)(ji)數(shu)。根據計算(suan)結果(guo)，本(ben)次(ci)(ci)設(she)計選(xuan)擇二級(ji)(ji)泵(beng)。各(ge)級(ji)(ji)比轉速(su)(su)及總效率(lv)(lv)如(ru)下表2.1所示：

表2.1各級比轉速

計(ji)(ji)算(suan)(suan)泵(beng)(beng)的(de)軸(zhou)功率和(he)原動(dong)機功率，據(ju)此(ci)選擇合適的(de)電機。最(zui)后計(ji)(ji)算(suan)(suan)軸(zhou)徑(jing)和(he)輪轂直(zhi)徑(jing)。泵(beng)(beng)軸(zhou)的(de)直(zhi)徑(jing)應(ying)按(an)其可(ke)承受的(de)外載荷(he)和(he)剛度(du)(du)及臨界轉(zhuan)(zhuan)速條件確定，查閱資(zi)料(liao)可(ke)以確定本次(ci)設計(ji)(ji)所需材料(liao)的(de)許用(yong)(yong)應(ying)力(li)。因為扭矩是泵(beng)(beng)軸(zhou)最(zui)主要(yao)的(de)載荷(he)，所以在(zai)開(kai)始(shi)設計(ji)(ji)時，可(ke)按(an)扭矩確定泵(beng)(beng)軸(zhou)的(de)最(zui)小直(zhi)徑(jing)。本次(ci)設計(ji)(ji)采(cai)用(yong)(yong)347H奧氏體(ti)不銹鋼，查閱資(zi)料(liao)可(ke)知該不銹鋼在(zai)560℃高溫(wen)下許用(yong)(yong)應(ying)力(li)。同(tong)時應(ying)根(gen)據(ju)所設計(ji)(ji)泵(beng)(beng)的(de)具體(ti)情況，考慮影響剛度(du)(du)和(he)臨界轉(zhuan)(zhuan)速的(de)大概因素，可(ke)對初算(suan)(suan)的(de)軸(zhou)徑(jing)作(zuo)適當的(de)修改，并圓整到(dao)標準直(zhi)徑(jing)。待泵(beng)(beng)轉(zhuan)(zhuan)子設計(ji)(ji)完成后，再對軸(zhou)的(de)強度(du)(du)、剛度(du)(du)和(he)臨界轉(zhuan)(zhuan)速進行詳細的(de)校核。

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水力模型設計優化

葉(xie)輪(lun)(lun)導葉(xie)是(shi)(shi)泵(beng)的(de)(de)(de)(de)主(zhu)(zhu)要(yao)過(guo)流部(bu)件(jian)，是(shi)(shi)影響(xiang)工作效率的(de)(de)(de)(de)主(zhu)(zhu)要(yao)因素，主(zhu)(zhu)要(yao)作用(yong)是(shi)(shi)把原動(dong)機的(de)(de)(de)(de)機械能(neng)(neng)轉化為液體(ti)的(de)(de)(de)(de)勢能(neng)(neng)與(yu)動(dong)能(neng)(neng)。從工藝角度分析(xi)，離心(xin)泵(beng)葉(xie)輪(lun)(lun)屬(shu)于(yu)旋(xuan)轉圓盤類零(ling)件(jian)，葉(xie)輪(lun)(lun)的(de)(de)(de)(de)水力設計(ji)在(zai)泵(beng)的(de)(de)(de)(de)經濟性、節(jie)能(neng)(neng)性等方面都有極大(da)的(de)(de)(de)(de)應用(yong)價(jia)值。導葉(xie)的(de)(de)(de)(de)水力設計(ji)是(shi)(shi)建立在(zai)葉(xie)輪(lun)(lun)設計(ji)之后，導葉(xie)的(de)(de)(de)(de)作用(yong)是(shi)(shi)收(shou)集(ji)葉(xie)輪(lun)(lun)出(chu)口處的(de)(de)(de)(de)液體(ti)并(bing)輸(shu)送(song)至下一(yi)級葉(xie)輪(lun)(lun)吸入口或出(chu)口，減小(xiao)液體(ti)的(de)(de)(de)(de)流動(dong)速(su)度，其(qi)中液體(ti)的(de)(de)(de)(de)壓力能(neng)(neng)是(shi)(shi)由它所具有的(de)(de)(de)(de)動(dong)能(neng)(neng)轉換(huan)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)，消除液體(ti)的(de)(de)(de)(de)旋(xuan)轉運(yun)動(dong)，保證液體(ti)軸對稱流出(chu)葉(xie)輪(lun)(lun)，從而減少水力損失。在(zai)本次設計(ji)中，采用(yong)空間導葉(xie)。

本(ben)次(ci)設計(ji)利用(yong)(yong)泵與旋轉機械(xie)專業設計(ji)工(gong)具(ju)(ju)CFturbo軟(ruan)件(jian)對泵的(de)(de)兩(liang)級葉輪(lun)進行設計(ji)。CFturbo專業的(de)(de)葉輪(lun)及蝸(gua)殼設計(ji)軟(ruan)件(jian)，其(qi)參(can)(can)數(shu)(shu)化的(de)(de)設計(ji)使得軟(ruan)件(jian)的(de)(de)通用(yong)(yong)性更強，完備的(de)(de)接口可(ke)以保證模型向多種CAD/CFD/CAE軟(ruan)件(jian)工(gong)具(ju)(ju)輸出。通過(guo)(guo)CFturbo與其(qi)他建(jian)模和仿(fang)(fang)真(zhen)工(gong)具(ju)(ju)結合(he)，可(ke)以快速(su)實(shi)現從(cong)設計(ji)到仿(fang)(fang)真(zhen)，從(cong)優(you)化到生產制造的(de)(de)整個過(guo)(guo)程的(de)(de)一體(ti)化，從(cong)而為泵等旋轉機械(xie)的(de)(de)設計(ji)單位提供一體(ti)化的(de)(de)解(jie)決方案。打開CFturbo軟(ruan)件(jian)輸入(ru)此次(ci)設計(ji)需要的(de)(de)參(can)(can)數(shu)(shu)：流量：Q=1285.58m3/h、揚程：H=39.3m、轉速(su)：n=1480 r/min。然后進行葉輪(lun)的(de)(de)水(shui)力設計(ji)。

添加(jia)葉(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)輪(lun)(lun)(lun)。本次設(she)(she)(she)計(ji)(ji)的(de)泵比轉(zhuan)速較(jiao)(jiao)小，流(liu)量大，揚程較(jiao)(jiao)高，軸(zhou)面(mian)流(liu)道(dao)(dao)窄而長因此設(she)(she)(she)計(ji)(ji)時選擇Radial/Mixed-flow Impeller，即離心/混流(liu)葉(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)輪(lun)(lun)(lun)。輸入葉(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)輪(lun)(lun)(lun)進(jin)口(kou)(kou)直徑(jing)Ds=280mm、葉(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)輪(lun)(lun)(lun)出(chu)口(kou)(kou)直徑(jing)D2=380mm和葉(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)輪(lun)(lun)(lun)出(chu)口(kou)(kou)寬度b2=60mm。設(she)(she)(she)計(ji)(ji)軸(zhou)面(mian)投影圖(tu)。調整前(qian)后蓋(gai)板(ban)(ban)型(xing)(xing)線為光(guang)滑的(de)曲(qu)(qu)線，使(shi)葉(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)片進(jin)出(chu)口(kou)(kou)之(zhi)間的(de)面(mian)積均勻(yun)變(bian)化，將進(jin)口(kou)(kou)邊(bian)改為流(liu)暢的(de)曲(qu)(qu)線，由于熔鹽(yan)泵的(de)設(she)(she)(she)計(ji)(ji)要求，需要將葉(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)片出(chu)口(kou)(kou)設(she)(she)(she)計(ji)(ji)為傾斜20°的(de)斜線，通(tong)過(guo)調節前(qian)后蓋(gai)板(ban)(ban)型(xing)(xing)線使(shi)橫截面(mian)積呈均勻(yun)增(zeng)大變(bian)化，即F-L曲(qu)(qu)線變(bian)成一(yi)條斜向上的(de)盡量光(guang)滑的(de)曲(qu)(qu)線，使(shi)流(liu)道(dao)(dao)為擴張型(xing)(xing)流(liu)道(dao)(dao)，確保(bao)泵的(de)運行使(shi)流(liu)體減速增(zeng)壓初步完成設(she)(she)(she)計(ji)(ji)的(de)導(dao)葉(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)和葉(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)輪(lun)(lun)(lun)的(de)軸(zhou)面(mian)投影圖(tu)如(ru)圖(tu)3.1和圖(tu)3.2所示。

圖3.1葉(xie)輪初始軸面(mian)投影圖

圖(tu)3.2導葉(xie)軸面投影圖(tu)

輸入泵的(de)主(zhu)要(yao)參數(shu)后，依次設置(zhi)葉(xie)(xie)輪和導葉(xie)(xie)的(de)葉(xie)(xie)片(pian)(pian)屬性(xing)，葉(xie)(xie)輪葉(xie)(xie)片(pian)(pian)數(shu)為(wei)6，導葉(xie)(xie)葉(xie)(xie)片(pian)(pian)數(shu)為(wei)8。調整葉(xie)(xie)片(pian)(pian)型線，進行(xing)葉(xie)(xie)片(pian)(pian)加厚，對葉(xie)(xie)片(pian)(pian)進行(xing)修圓(yuan)等操作，完成(cheng)水力(li)模型的(de)設計。

圖(tu)3.3熔(rong)鹽(yan)泵水(shui)力模型

從CFturbo中(zhong)將已經構建好了的(de)(de)(de)(de)葉(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)輪(lun)(lun)，導(dao)葉(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)模型(xing)導(dao)出，并(bing)設(she)(she)(she)(she)(she)置(zhi)繪制(zhi)網(wang)(wang)格(ge)的(de)(de)(de)(de)參(can)數。在(zai)(zai)Ansys TurboGrid中(zhong)打開葉(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)輪(lun)(lun)葉(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)片模型(xing)，設(she)(she)(she)(she)(she)置(zhi)網(wang)(wang)格(ge)數量，葉(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)輪(lun)(lun)的(de)(de)(de)(de)網(wang)(wang)格(ge)數設(she)(she)(she)(she)(she)置(zhi)為(wei)500000，導(dao)葉(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)的(de)(de)(de)(de)網(wang)(wang)格(ge)數目設(she)(she)(she)(she)(she)置(zhi)為(wei)400000。完(wan)(wan)成(cheng)葉(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)輪(lun)(lun)和(he)導(dao)葉(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)的(de)(de)(de)(de)網(wang)(wang)格(ge)模型(xing)。然后將網(wang)(wang)格(ge)模型(xing)導(dao)入流場(chang)計(ji)算的(de)(de)(de)(de)前(qian)處理文(wen)件中(zhong)，完(wan)(wan)成(cheng)仿(fang)真(zhen)(zhen)參(can)數設(she)(she)(she)(she)(she)置(zhi)后開始模擬(ni)計(ji)算。根據計(ji)算的(de)(de)(de)(de)結果(guo)修改本次設(she)(she)(she)(she)(she)計(ji)的(de)(de)(de)(de)水(shui)力(li)模型(xing)，設(she)(she)(she)(she)(she)計(ji)方案的(de)(de)(de)(de)仿(fang)真(zhen)(zhen)計(ji)算結果(guo)應達(da)到設(she)(she)(she)(she)(she)計(ji)要求的(de)(de)(de)(de)揚程(cheng)和(he)效率，設(she)(she)(she)(she)(she)計(ji)方案的(de)(de)(de)(de)葉(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)輪(lun)(lun)和(he)導(dao)葉(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)的(de)(de)(de)(de)沖角應達(da)到趨(qu)近于零沖角的(de)(de)(de)(de)范圍，同(tong)時在(zai)(zai)葉(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)輪(lun)(lun)和(he)導(dao)葉(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)的(de)(de)(de)(de)流道(dao)中(zhong)應盡(jin)可能的(de)(de)(de)(de)避(bi)免脫(tuo)流及(ji)漩(xuan)渦的(de)(de)(de)(de)產生，并(bing)使葉(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)片受(shou)力(li)均(jun)勻(yun)。

圖3.4前蓋(gai)板葉輪(lun)流場(chang)

圖3.5前蓋板導葉流場

圖3.6后(hou)蓋(gai)板(ban)葉輪流(liu)場(chang)

圖3.7后蓋板導葉流場

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木模圖及結構設計

將(jiang)優化完(wan)成的(de)(de)(de)水力模型(xing)從(cong)(cong)CFturbo中以IGES的(de)(de)(de)形式導(dao)出，然(ran)(ran)后在(zai)UG建模軟件(jian)中打開此文件(jian)，在(zai)UG繪(hui)圖(tu)(tu)(tu)軟件(jian)中抽取出葉(xie)輪及導(dao)葉(xie)的(de)(de)(de)木模圖(tu)(tu)(tu)。導(dao)葉(xie)軸面(mian)投(tou)影(ying)圖(tu)(tu)(tu)上，在(zai)葉(xie)片(pian)(pian)進口邊(bian)與(yu)前蓋板的(de)(de)(de)交點處(chu)畫一(yi)條(tiao)平行于x軸的(de)(de)(de)直(zhi)線。并將(jiang)這(zhe)(zhe)(zhe)條(tiao)直(zhi)線作(zuo)為移動對(dui)象，沿z軸等距復制(zhi)11條(tiao)直(zhi)線，使這(zhe)(zhe)(zhe)一(yi)共(gong)12條(tiao)直(zhi)線將(jiang)從(cong)(cong)葉(xie)片(pian)(pian)進口邊(bian)與(yu)前蓋板的(de)(de)(de)交點到(dao)出口邊(bian)與(yu)后蓋板的(de)(de)(de)交點的(de)(de)(de)距離等距分(fen)割，并將(jiang)這(zhe)(zhe)(zhe)些直(zhi)線分(fen)別編(bian)號(hao)0到(dao)11。把這(zhe)(zhe)(zhe)12條(tiao)直(zhi)線旋轉(zhuan)一(yi)定度數，使每個(ge)切(qie)面(mian)都把導(dao)葉(xie)葉(xie)片(pian)(pian)實體完(wan)全(quan)切(qie)割。然(ran)(ran)后繪(hui)制(zhi)出每一(yi)個(ge)切(qie)面(mian)與(yu)葉(xie)片(pian)(pian)工作(zuo)面(mian)、背面(mian)的(de)(de)(de)相(xiang)交曲(qu)線。將(jiang)這(zhe)(zhe)(zhe)些相(xiang)交曲(qu)線和軸面(mian)投(tou)影(ying)圖(tu)(tu)(tu)都投(tou)影(ying)到(dao)同一(yi)平面(mian)上，然(ran)(ran)后保(bao)存為dwg格(ge)式文件(jian)。繪(hui)制(zhi)完(wan)成的(de)(de)(de)葉(xie)輪及導(dao)葉(xie)木模圖(tu)(tu)(tu)如圖(tu)(tu)(tu)4.1，4.2所示(shi)。

圖4.1葉輪木模圖

圖4.1葉輪木模圖

設計泵(beng)(beng)的(de)(de)總(zong)體結構，在CAXA制(zhi)圖軟件中完(wan)成總(zong)裝(zhuang)圖的(de)(de)繪制(zhi)。本次設計的(de)(de)是液下(xia)泵(beng)(beng)，為(wei)了便(bian)于機(ji)組的(de)(de)拆(chai)裝(zhuang)、檢修，確定泵(beng)(beng)為(wei)立(li)式放置；從(cong)下(xia)往上(shang)裝(zhuang)，軸(zhou)徑(jing)從(cong)上(shang)到下(xia)變細(xi)。從(cong)下(xia)到上(shang)分別是泵(beng)(beng)頭部分，連接管道和(he)軸(zhou)承箱。整軸(zhou)長度(du)18m，最(zui)大液下(xia)深度(du)15m。

泵(beng)頭部分(fen)最(zui)下方是過(guo)濾網(wang)，可以(yi)過(guo)濾流(liu)(liu)體中(zhong)的(de)雜(za)物(wu)，防止(zhi)(zhi)介質(zhi)中(zhong)存在雜(za)質(zhi)對泵(beng)的(de)過(guo)流(liu)(liu)效(xiao)率的(de)影響甚至堵塞過(guo)流(liu)(liu)通(tong)道。軸(zhou)(zhou)上(shang)安(an)裝有襯套(tao)(tao)(tao)(tao)(tao)，通(tong)過(guo)螺釘固定連(lian)接(jie)(jie)，起(qi)到了密(mi)封，磨損(sun)保(bao)護(hu)等作(zuo)用，同時襯套(tao)(tao)(tao)(tao)(tao)中(zhong)間(jian)(jian)開有縫(feng)隙(xi)，便于零件(jian)之間(jian)(jian)的(de)配(pei)合(he)，因(yin)此襯套(tao)(tao)(tao)(tao)(tao)安(an)裝方式較(jiao)為簡單，當(dang)泵(beng)工作(zuo)一定時間(jian)(jian)，襯套(tao)(tao)(tao)(tao)(tao)磨損(sun)嚴重(zhong)時，可以(yi)通(tong)過(guo)直接(jie)(jie)更換襯套(tao)(tao)(tao)(tao)(tao)來(lai)對泵(beng)進行維修。由于襯套(tao)(tao)(tao)(tao)(tao)是固定件(jian)，不能直接(jie)(jie)與主軸(zhou)(zhou)相連(lian)，因(yin)此軸(zhou)(zhou)與襯套(tao)(tao)(tao)(tao)(tao)需要通(tong)過(guo)軸(zhou)(zhou)套(tao)(tao)(tao)(tao)(tao)相隔(ge)開，軸(zhou)(zhou)套(tao)(tao)(tao)(tao)(tao)上(shang)還安(an)裝了緊定螺釘，防止(zhi)(zhi)軸(zhou)(zhou)套(tao)(tao)(tao)(tao)(tao)滑移。而軸(zhou)(zhou)套(tao)(tao)(tao)(tao)(tao)需要跟隨主軸(zhou)(zhou)旋(xuan)(xuan)轉(zhuan)，所以(yi)襯套(tao)(tao)(tao)(tao)(tao)與軸(zhou)(zhou)套(tao)(tao)(tao)(tao)(tao)之間(jian)(jian)也開有縫(feng)隙(xi)，作(zuo)為旋(xuan)(xuan)轉(zhuan)件(jian)和非旋(xuan)(xuan)轉(zhuan)件(jian)之間(jian)(jian)的(de)間(jian)(jian)隔(ge)，防止(zhi)(zhi)襯套(tao)(tao)(tao)(tao)(tao)產生過(guo)多磨損(sun)，也減少(shao)了泵(beng)的(de)效(xiao)率損(sun)耗。如圖(tu)(tu)4.3為泵(beng)頭部分(fen)結構圖(tu)(tu)。

圖4.3泵頭

設計(ji)連(lian)(lian)接(jie)管(guan)(guan)道(dao)(dao)部分(fen)每(mei)個法蘭之間的(de)(de)(de)(de)間距為2000mm，共(gong)六個連(lian)(lian)接(jie)件，通過(guo)螺(luo)栓連(lian)(lian)接(jie)在(zai)一起(qi)。法蘭旁邊加(jia)裝了支撐(cheng)板，用以(yi)加(jia)強管(guan)(guan)道(dao)(dao)的(de)(de)(de)(de)結構強度。同(tong)時本(ben)次(ci)設計(ji)的(de)(de)(de)(de)連(lian)(lian)接(jie)管(guan)(guan)道(dao)(dao)采(cai)用雙管(guan)(guan)的(de)(de)(de)(de)形(xing)式，這種設計(ji)在(zai)輸送熔(rong)鹽介質時，擁有(you)比單管(guan)(guan)更好(hao)的(de)(de)(de)(de)性能。同(tong)時可以(yi)使泵(beng)在(zai)較短(duan)的(de)(de)(de)(de)時間內完成更多(duo)的(de)(de)(de)(de)工(gong)作(zuo)，提高(gao)泵(beng)的(de)(de)(de)(de)效率和(he)性能，并加(jia)強泵(beng)的(de)(de)(de)(de)耐久(jiu)性和(he)可靠性。接(jie)管(guan)(guan)中的(de)(de)(de)(de)軸(zhou)套(tao)作(zuo)用是平(ping)衡軸(zhou)承(cheng)帶來的(de)(de)(de)(de)軸(zhou)向(xiang)力，防(fang)止滑(hua)動軸(zhou)承(cheng)向(xiang)下滑(hua)移，提高(gao)泵(beng)接(jie)管(guan)(guan)的(de)(de)(de)(de)穩定(ding)性。滑(hua)動軸(zhou)承(cheng)對主軸(zhou)起(qi)支撐(cheng)作(zuo)用，減小(xiao)泵(beng)工(gong)作(zuo)時產生的(de)(de)(de)(de)傳動阻力，防(fang)止磨損過(guo)多(duo)。如(ru)圖(tu)4.4為連(lian)(lian)接(jie)管(guan)(guan)道(dao)(dao)的(de)(de)(de)(de)結構圖(tu)。

圖4.4連接管道

最后(hou)是(shi)軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)箱(xiang)部(bu)(bu)分，軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)箱(xiang)下(xia)方與(yu)(yu)(yu)接管(guan)相(xiang)連(lian)，上(shang)(shang)方安裝(zhuang)電(dian)(dian)機(ji)，根據計(ji)(ji)算得出的(de)(de)(de)功率(lv)，本次(ci)設計(ji)(ji)選擇(ze)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)機(ji)為Y系(xi)列355型號的(de)(de)(de)立式電(dian)(dian)機(ji)。軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)箱(xiang)通過(guo)底(di)板(ban)與(yu)(yu)(yu)過(guo)流管(guan)道連(lian)接在一起(qi)(qi)，底(di)板(ban)作(zuo)為承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)重件，需(xu)要(yao)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)擔整個軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)箱(xiang)箱(xiang)以(yi)及(ji)電(dian)(dian)機(ji)的(de)(de)(de)重量，因(yin)此設計(ji)(ji)得較厚。填料(liao)(liao)密(mi)(mi)封通過(guo)壓(ya)蓋(gai)和螺栓帶來的(de)(de)(de)軸(zhou)(zhou)向(xiang)(xiang)預緊力的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)使(shi)填料(liao)(liao)產生(sheng)軸(zhou)(zhou)向(xiang)(xiang)壓(ya)縮變形(xing),同時引(yin)起(qi)(qi)填料(liao)(liao)產生(sheng)膨脹的(de)(de)(de)趨勢,而(er)填料(liao)(liao)的(de)(de)(de)膨脹又(you)受(shou)到(dao)軸(zhou)(zhou)表(biao)面的(de)(de)(de)阻礙作(zuo)用(yong),使(shi)其與(yu)(yu)(yu)兩表(biao)面之(zhi)間產生(sheng)緊貼,間隙被填塞而(er)達到(dao)密(mi)(mi)封的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)。填料(liao)(liao)密(mi)(mi)封的(de)(de)(de)一端(duan)(duan)安裝(zhuang)有通氣孔，用(yong)來通入(ru)惰性氣體(ti)，可以(yi)減少主(zhu)軸(zhou)(zhou)以(yi)及(ji)其他精(jing)密(mi)(mi)部(bu)(bu)件的(de)(de)(de)氧(yang)化，提高(gao)(gao)泵(beng)(beng)的(de)(de)(de)使(shi)用(yong)壽命。本次(ci)設計(ji)(ji)使(shi)用(yong)的(de)(de)(de)是(shi)圓錐(zhui)滾子軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)，可以(yi)平(ping)衡泵(beng)(beng)運(yun)行時產生(sheng)的(de)(de)(de)徑向(xiang)(xiang)力和軸(zhou)(zhou)向(xiang)(xiang)力。泵(beng)(beng)工(gong)作(zuo)時軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)和主(zhu)軸(zhou)(zhou)由于高(gao)(gao)速旋(xuan)轉，會產生(sheng)大(da)量熱(re)量，使(shi)軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)箱(xiang)內(nei)溫度(du)升(sheng)高(gao)(gao)，因(yin)此需(xu)要(yao)在軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)箱(xiang)內(nei)兩端(duan)(duan)分別安裝(zhuang)下(xia)風葉和上(shang)(shang)風葉用(yong)來散熱(re)，防止溫度(du)過(guo)高(gao)(gao)影響泵(beng)(beng)的(de)(de)(de)運(yun)行效率(lv)。軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)箱(xiang)上(shang)(shang)端(duan)(duan)是(shi)簧(huang)片(pian)聯軸(zhou)(zhou)器，由簧(huang)片(pian)和簧(huang)片(pian)套組(zu)成(cheng)，其作(zuo)用(yong)是(shi)連(lian)接軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)箱(xiang)和電(dian)(dian)機(ji)連(lian)接起(qi)(qi)來，起(qi)(qi)到(dao)傳遞扭矩的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)。軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)箱(xiang)結構如圖4.5所示。

圖4.5軸承箱

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結論

本(ben)文根據(ju)設(she)(she)計(ji)(ji)(ji)任務書的(de)(de)要求計(ji)(ji)(ji)算(suan)出(chu)所需要的(de)(de)功(gong)率(lv)，軸徑等數(shu)據(ju)，完(wan)成選(xuan)型(xing)設(she)(she)計(ji)(ji)(ji)。然(ran)后(hou)在CFturbo水力設(she)(she)計(ji)(ji)(ji)軟(ruan)件中(zhong)輸(shu)入泵(beng)的(de)(de)基本(ben)參數(shu)，分(fen)別設(she)(she)置葉(xie)(xie)輪(lun)和導葉(xie)(xie)的(de)(de)軸面投(tou)影(ying)圖(tu)(tu)，葉(xie)(xie)片型(xing)線和葉(xie)(xie)片加厚，完(wan)成泵(beng)的(de)(de)水力模(mo)型(xing)設(she)(she)計(ji)(ji)(ji)。將葉(xie)(xie)輪(lun)和導葉(xie)(xie)模(mo)型(xing)導出(chu)后(hou)進(jin)行網格劃分(fen)，然(ran)后(hou)在CFX仿真(zhen)軟(ruan)件里(li)分(fen)別完(wan)成泵(beng)在1.1，1.0和0.9倍流(liu)量工況下(xia)的(de)(de)仿真(zhen)計(ji)(ji)(ji)算(suan)。對計(ji)(ji)(ji)算(suan)得(de)出(chu)的(de)(de)數(shu)據(ju)和流(liu)場進(jin)行分(fen)析并(bing)提出(chu)優化方案，修改(gai)水力模(mo)型(xing)，直到水力模(mo)型(xing)仿真(zhen)結(jie)果中(zhong)的(de)(de)揚程和效率(lv)滿足設(she)(she)計(ji)(ji)(ji)要求，流(liu)場優秀。然(ran)后(hou)在3D軟(ruan)件里(li)抽取出(chu)葉(xie)(xie)輪(lun)和導葉(xie)(xie)對應的(de)(de)木模(mo)圖(tu)(tu)，最后(hou)在CAXA制(zhi)圖(tu)(tu)軟(ruan)件里(li)完(wan)成泵(beng)的(de)(de)總裝圖(tu)(tu)繪制(zhi)。

（作者：夏洪  指導老(lao)師(shi)：金(jin)永鑫）