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摘要

高(gao)(gao)溫(wen)熱鹽(yan)泵(beng)(beng)(beng)(beng)是一種用(yong)于(yu)處理高(gao)(gao)溫(wen)熔(rong)鹽(yan)溶液的(de)(de)泵(beng)(beng)(beng)(beng)，廣(guang)泛應(ying)用(yong)于(yu)化(hua)學、石(shi)油和(he)(he)電力(li)等(deng)能(neng)源行業。本文(wen)根據(ju)給定的(de)(de)設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)參(can)數完成了(le)“光伏+光熱”電站儲能(neng)模(mo)塊熱鹽(yan)泵(beng)(beng)(beng)(beng)水力(li)及結(jie)(jie)構(gou)(gou)設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)及CFD分(fen)析，包括熔(rong)鹽(yan)泵(beng)(beng)(beng)(beng)的(de)(de)工作原(yuan)理、熔(rong)鹽(yan)泵(beng)(beng)(beng)(beng)的(de)(de)選(xuan)型(xing)設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)、材料選(xuan)擇(ze)，水力(li)模(mo)型(xing)的(de)(de)構(gou)(gou)建(jian)和(he)(he)仿真(zhen)(zhen)，木模(mo)圖的(de)(de)抽(chou)取繪制以(yi)及泵(beng)(beng)(beng)(beng)的(de)(de)結(jie)(jie)構(gou)(gou)設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)等(deng)內容。在(zai)(zai)熔(rong)鹽(yan)泵(beng)(beng)(beng)(beng)的(de)(de)選(xuan)型(xing)設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)方(fang)面，根據(ju)設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)任務(wu)要(yao)求，計(ji)(ji)(ji)算出(chu)泵(beng)(beng)(beng)(beng)的(de)(de)主要(yao)參(can)數，同時選(xuan)擇(ze)了(le)可顯(xian)著提(ti)(ti)高(gao)(gao)泵(beng)(beng)(beng)(beng)的(de)(de)抗腐(fu)蝕性(xing)的(de)(de)設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)材料。在(zai)(zai)CFturbo設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)軟件(jian)(jian)上完成水力(li)模(mo)型(xing)的(de)(de)設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)。然后(hou)使(shi)用(yong)仿真(zhen)(zhen)軟件(jian)(jian)進行模(mo)擬計(ji)(ji)(ji)算。根據(ju)計(ji)(ji)(ji)算結(jie)(jie)果分(fen)析了(le)泵(beng)(beng)(beng)(beng)的(de)(de)流量、揚程、效率等(deng)參(can)數，說明(ming)了(le)這些參(can)數對泵(beng)(beng)(beng)(beng)的(de)(de)性(xing)能(neng)影響，并提(ti)(ti)出(chu)了(le)相應(ying)的(de)(de)優化(hua)方(fang)案。在(zai)(zai)熔(rong)鹽(yan)泵(beng)(beng)(beng)(beng)的(de)(de)結(jie)(jie)構(gou)(gou)設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)方(fang)面，本文(wen)設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)了(le)一種雙接管的(de)(de)高(gao)(gao)溫(wen)熔(rong)鹽(yan)泵(beng)(beng)(beng)(beng)結(jie)(jie)構(gou)(gou)，通過優化(hua)泵(beng)(beng)(beng)(beng)頭、泵(beng)(beng)(beng)(beng)軸和(he)(he)密(mi)封(feng)(feng)結(jie)(jie)構(gou)(gou)等(deng)關鍵部件(jian)(jian)的(de)(de)設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)，提(ti)(ti)高(gao)(gao)了(le)泵(beng)(beng)(beng)(beng)的(de)(de)密(mi)封(feng)(feng)性(xing)和(he)(he)穩定性(xing)。關于(yu)零部件(jian)(jian)的(de)(de)設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)，主要(yao)以(yi)泵(beng)(beng)(beng)(beng)軸和(he)(he)密(mi)封(feng)(feng)為例，介紹了(le)它(ta)們的(de)(de)設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)原(yuan)則和(he)(he)關鍵技術(shu)要(yao)點。

1、背景介紹

水泵屬于(yu)(yu)水力工(gong)(gong)作機(ji)(ji)，即消耗(hao)能(neng)(neng)(neng)量(liang)的(de)機(ji)(ji)械。其作用(yong)(yong)是(shi)把原動(dong)機(ji)(ji)的(de)機(ji)(ji)械能(neng)(neng)(neng)或外部能(neng)(neng)(neng)量(liang)轉(zhuan)換(huan)(huan)為(wei)液體介(jie)質的(de)機(ji)(ji)械能(neng)(neng)(neng)。泵的(de)種類(lei)很(hen)(hen)多，應(ying)用(yong)(yong)非常廣(guang)泛(fan)，在國民經濟的(de)各個(ge)領(ling)(ling)域都有廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)(yong)，是(shi)發(fa)展現(xian)代(dai)化(hua)農(nong)業(ye)、現(xian)代(dai)化(hua)工(gong)(gong)業(ye)、現(xian)代(dai)化(hua)國防(fang)必不可(ke)少的(de)機(ji)(ji)器設(she)備。熔(rong)鹽(yan)儲(chu)能(neng)(neng)(neng)作為(wei)單獨的(de)儲(chu)能(neng)(neng)(neng)單元模塊，可(ke)以(yi)(yi)很(hen)(hen)好匹配火電靈活(huo)改(gai)造、工(gong)(gong)業(ye)蒸汽生產需(xu)求(qiu)(qiu)。目前熱(re)鹽(yan)泵儲(chu)能(neng)(neng)(neng)技術已經廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)(yong)于(yu)(yu)太(tai)陽(yang)能(neng)(neng)(neng)光熱(re)發(fa)電系(xi)(xi)統等新能(neng)(neng)(neng)源系(xi)(xi)統，利用(yong)(yong)了硝酸鹽(yan)儲(chu)能(neng)(neng)(neng)特(te)性將太(tai)陽(yang)光熱(re)能(neng)(neng)(neng)轉(zhuan)換(huan)(huan)為(wei)熔(rong)鹽(yan)的(de)內能(neng)(neng)(neng)來存儲(chu)和發(fa)出能(neng)(neng)(neng)量(liang)，可(ke)以(yi)(yi)實現(xian)能(neng)(neng)(neng)量(liang)在系(xi)(xi)統之間的(de)轉(zhuan)移(yi)，滿足(zu)可(ke)再生能(neng)(neng)(neng)源的(de)電網調峰需(xu)求(qiu)(qiu)。除了光熱(re)領(ling)(ling)域外，熱(re)鹽(yan)儲(chu)能(neng)(neng)(neng)在熔(rong)鹽(yan)儲(chu)能(neng)(neng)(neng)供暖(nuan)、供蒸汽以(yi)(yi)及火電機(ji)(ji)組的(de)靈活(huo)改(gai)造領(ling)(ling)域也有很(hen)(hen)大的(de)競爭(zheng)優勢。

圖1.1熔鹽泵儲能單元

熔(rong)鹽(yan)(yan)儲(chu)(chu)能(neng)分為(wei)(wei)蓄熱(re)(re)與(yu)放(fang)(fang)熱(re)(re)兩個工作過(guo)程(cheng)。蓄熱(re)(re)過(guo)程(cheng)采用(yong)智能(neng)互補系(xi)統將風(feng)電(dian)(dian)、光(guang)伏、夜(ye)間(jian)低谷電(dian)(dian)、工業廢熱(re)(re)作為(wei)(wei)加熱(re)(re)熔(rong)鹽(yan)(yan)的(de)(de)能(neng)源(yuan)(yuan)，通(tong)過(guo)加熱(re)(re)熔(rong)鹽(yan)(yan)存儲(chu)(chu)可(ke)再生能(neng)源(yuan)(yuan)或低谷電(dian)(dian)能(neng)。放(fang)(fang)熱(re)(re)過(guo)程(cheng)在(zai)換(huan)(huan)(huan)(huan)熱(re)(re)系(xi)統中高溫(wen)熔(rong)鹽(yan)(yan)與(yu)水(shui)換(huan)(huan)(huan)(huan)熱(re)(re)，產生水(shui)蒸(zheng)(zheng)汽，驅動渦輪機工作，對外(wai)發電(dian)(dian)。熔(rong)鹽(yan)(yan)儲(chu)(chu)能(neng)系(xi)統常與(yu)光(guang)伏、風(feng)電(dian)(dian)、核(he)能(neng)等(deng)系(xi)統相耦合。加熱(re)(re)后(hou)產生的(de)(de)蒸(zheng)(zheng)汽與(yu)用(yong)戶側循(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)水(shui)回(hui)(hui)(hui)水(shui)進行(xing)換(huan)(huan)(huan)(huan)熱(re)(re)，換(huan)(huan)(huan)(huan)熱(re)(re)后(hou)產生的(de)(de)凝結水(shui)經(jing)過(guo)處理后(hou)可(ke)回(hui)(hui)(hui)到熔(rong)鹽(yan)(yan)放(fang)(fang)熱(re)(re)循(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)中繼續(xu)循(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)使用(yong)，換(huan)(huan)(huan)(huan)熱(re)(re)后(hou)的(de)(de)循(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)水(shui)供(gong)水(shui)供(gong)熱(re)(re)用(yong)戶使用(yong)，經(jing)熱(re)(re)用(yong)戶使用(yong)后(hou)的(de)(de)循(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)水(shui)回(hui)(hui)(hui)水(shui)，再與(yu)蒸(zheng)(zheng)汽進行(xing)換(huan)(huan)(huan)(huan)熱(re)(re)，完成蒸(zheng)(zheng)汽/水(shui)換(huan)(huan)(huan)(huan)熱(re)(re)循(xun)環(huan)(huan)(huan)(huan)。

雙罐(guan)系(xi)統適用(yong)于大面積(ji)供(gong)暖、工業蒸汽(qi)、發電(dian)、電(dian)廠的調峰、清(qing)潔(jie)電(dian)能的消納等域。

圖1.2雙罐系統

2、泵的選型設計

本次設(she)計(ji)所提供的參數要求(qiu)為(wei)揚程(cheng)H=78.6m，流量Q=1285.58m3/h，目標效率(lv)η=72.0%。根據高(gao)溫(wen)泵的設(she)計(ji)要求(qiu)，熱鹽泵的轉速(su)不會太(tai)高(gao)，因此泵轉速(su)確定為(wei)n=1480r/min。為(wei)達到較高(gao)的水力效率(lv)，本文設(she)計(ji)的熱鹽泵的泵軸與(yu)葉輪相連(lian)接，泵的進出口直徑，可以(yi)由(you)合理(li)的進口流速(su)以(yi)及(ji)轉速(su)確定。

由于本次(ci)(ci)設計(ji)(ji)的(de)(de)熱鹽泵(beng)是多級(ji)(ji)(ji)(ji)泵(beng)，選擇(ze)分級(ji)(ji)(ji)(ji)數(shu)時(shi)，每次(ci)(ci)分級(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)效(xiao)(xiao)率都需(xu)要(yao)單(dan)獨計(ji)(ji)算(suan)。不同級(ji)(ji)(ji)(ji)數(shu)泵(beng)之間的(de)(de)轉(zhuan)速(su)，流量(liang)是不變的(de)(de)，因此每次(ci)(ci)計(ji)(ji)算(suan)只需(xu)改變揚程，計(ji)(ji)算(suan)出(chu)(chu)各自的(de)(de)比轉(zhuan)速(su)以及(ji)總(zong)效(xiao)(xiao)率。分析計(ji)(ji)算(suan)得出(chu)(chu)的(de)(de)各級(ji)(ji)(ji)(ji)比轉(zhuan)速(su)，對比總(zong)效(xiao)(xiao)率的(de)(de)變化幅度(du)，選擇(ze)提高級(ji)(ji)(ji)(ji)數(shu)后(hou)效(xiao)(xiao)率不再明(ming)顯上升(sheng)的(de)(de)級(ji)(ji)(ji)(ji)數(shu)作(zuo)為本次(ci)(ci)設計(ji)(ji)泵(beng)的(de)(de)級(ji)(ji)(ji)(ji)數(shu)。根據計(ji)(ji)算(suan)結果，本次(ci)(ci)設計(ji)(ji)選擇(ze)二級(ji)(ji)(ji)(ji)泵(beng)。各級(ji)(ji)(ji)(ji)比轉(zhuan)速(su)及(ji)總(zong)效(xiao)(xiao)率如(ru)下(xia)表2.1所示：

表2.1各級比轉速

計(ji)(ji)算泵(beng)(beng)(beng)的軸(zhou)功率(lv)(lv)和(he)原(yuan)動機功率(lv)(lv)，據(ju)此選(xuan)擇合適的電機。最(zui)(zui)后(hou)計(ji)(ji)算軸(zhou)徑(jing)(jing)和(he)輪轂直(zhi)徑(jing)(jing)。泵(beng)(beng)(beng)軸(zhou)的直(zhi)徑(jing)(jing)應(ying)按其可(ke)(ke)承受的外(wai)載荷和(he)剛度(du)及臨界轉(zhuan)(zhuan)速(su)(su)條件確定(ding)(ding)，查閱資料(liao)可(ke)(ke)以確定(ding)(ding)本(ben)(ben)次設(she)計(ji)(ji)所需材料(liao)的許(xu)用(yong)(yong)應(ying)力。因(yin)為扭矩(ju)是(shi)泵(beng)(beng)(beng)軸(zhou)最(zui)(zui)主要的載荷，所以在開始(shi)設(she)計(ji)(ji)時，可(ke)(ke)按扭矩(ju)確定(ding)(ding)泵(beng)(beng)(beng)軸(zhou)的最(zui)(zui)小直(zhi)徑(jing)(jing)。本(ben)(ben)次設(she)計(ji)(ji)采用(yong)(yong)347H奧氏體(ti)(ti)不銹鋼(gang)，查閱資料(liao)可(ke)(ke)知(zhi)該不銹鋼(gang)在560℃高溫下許(xu)用(yong)(yong)應(ying)力。同時應(ying)根(gen)據(ju)所設(she)計(ji)(ji)泵(beng)(beng)(beng)的具體(ti)(ti)情況，考慮影響剛度(du)和(he)臨界轉(zhuan)(zhuan)速(su)(su)的大概因(yin)素，可(ke)(ke)對(dui)(dui)初算的軸(zhou)徑(jing)(jing)作適當(dang)的修(xiu)改，并圓整(zheng)到標(biao)準直(zhi)徑(jing)(jing)。待泵(beng)(beng)(beng)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)設(she)計(ji)(ji)完成后(hou)，再對(dui)(dui)軸(zhou)的強度(du)、剛度(du)和(he)臨界轉(zhuan)(zhuan)速(su)(su)進(jin)行(xing)詳(xiang)細的校核(he)。

3、水力模型設計優化

葉(xie)(xie)輪(lun)(lun)導(dao)(dao)葉(xie)(xie)是(shi)(shi)泵(beng)(beng)的(de)(de)(de)(de)主要過(guo)流(liu)部件，是(shi)(shi)影響工(gong)作效率(lv)的(de)(de)(de)(de)主要因素，主要作用(yong)(yong)是(shi)(shi)把原(yuan)動(dong)機(ji)的(de)(de)(de)(de)機(ji)械能(neng)(neng)轉(zhuan)化為液體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)勢(shi)能(neng)(neng)與動(dong)能(neng)(neng)。從(cong)(cong)工(gong)藝角度(du)分(fen)析，離心(xin)泵(beng)(beng)葉(xie)(xie)輪(lun)(lun)屬于(yu)旋轉(zhuan)圓盤類(lei)零件，葉(xie)(xie)輪(lun)(lun)的(de)(de)(de)(de)水力(li)設計(ji)在泵(beng)(beng)的(de)(de)(de)(de)經濟性、節能(neng)(neng)性等方面都有極(ji)大的(de)(de)(de)(de)應用(yong)(yong)價值。導(dao)(dao)葉(xie)(xie)的(de)(de)(de)(de)水力(li)設計(ji)是(shi)(shi)建立在葉(xie)(xie)輪(lun)(lun)設計(ji)之(zhi)后(hou)，導(dao)(dao)葉(xie)(xie)的(de)(de)(de)(de)作用(yong)(yong)是(shi)(shi)收集葉(xie)(xie)輪(lun)(lun)出口(kou)處(chu)的(de)(de)(de)(de)液體(ti)(ti)(ti)并輸(shu)送至下一級葉(xie)(xie)輪(lun)(lun)吸入口(kou)或出口(kou)，減(jian)小液體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)流(liu)動(dong)速度(du)，其中液體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)壓力(li)能(neng)(neng)是(shi)(shi)由它所具有的(de)(de)(de)(de)動(dong)能(neng)(neng)轉(zhuan)換成的(de)(de)(de)(de)，消除液體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)旋轉(zhuan)運動(dong)，保證(zheng)液體(ti)(ti)(ti)軸(zhou)對稱流(liu)出葉(xie)(xie)輪(lun)(lun)，從(cong)(cong)而減(jian)少水力(li)損(sun)失。在本次設計(ji)中，采用(yong)(yong)空間(jian)導(dao)(dao)葉(xie)(xie)。

本次(ci)設(she)計(ji)利(li)用泵與(yu)旋(xuan)轉(zhuan)機械專(zhuan)業(ye)設(she)計(ji)工具CFturbo軟(ruan)件(jian)對(dui)泵的(de)(de)兩(liang)級葉輪進行設(she)計(ji)。CFturbo專(zhuan)業(ye)的(de)(de)葉輪及(ji)蝸殼設(she)計(ji)軟(ruan)件(jian)，其參數化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)設(she)計(ji)使得軟(ruan)件(jian)的(de)(de)通(tong)(tong)用性更強(qiang)，完(wan)備的(de)(de)接口可(ke)以保證模型向多種CAD/CFD/CAE軟(ruan)件(jian)工具輸出。通(tong)(tong)過(guo)CFturbo與(yu)其他建模和仿(fang)真工具結合，可(ke)以快速實現從設(she)計(ji)到仿(fang)真，從優化(hua)(hua)(hua)到生產制(zhi)造(zao)的(de)(de)整個過(guo)程的(de)(de)一(yi)體(ti)(ti)化(hua)(hua)(hua)，從而為泵等旋(xuan)轉(zhuan)機械的(de)(de)設(she)計(ji)單位(wei)提供一(yi)體(ti)(ti)化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)解決方案。打開CFturbo軟(ruan)件(jian)輸入此次(ci)設(she)計(ji)需要的(de)(de)參數：流量：Q=1285.58m3/h、揚程：H=39.3m、轉(zhuan)速：n=1480 r/min。然后進行葉輪的(de)(de)水力設(she)計(ji)。

添加葉(xie)輪。本次設(she)(she)(she)(she)(she)計(ji)(ji)的(de)泵(beng)比轉(zhuan)速較小(xiao)，流(liu)(liu)(liu)量大(da)(da)，揚程較高(gao)，軸面(mian)流(liu)(liu)(liu)道窄而長因此設(she)(she)(she)(she)(she)計(ji)(ji)時選(xuan)擇(ze)Radial/Mixed-flow Impeller，即離心/混流(liu)(liu)(liu)葉(xie)輪。輸入葉(xie)輪進(jin)口直(zhi)徑Ds=280mm、葉(xie)輪出(chu)(chu)口直(zhi)徑D2=380mm和葉(xie)輪出(chu)(chu)口寬度b2=60mm。設(she)(she)(she)(she)(she)計(ji)(ji)軸面(mian)投影(ying)圖(tu)(tu)。調整前(qian)后(hou)蓋板(ban)型線(xian)(xian)(xian)為光(guang)滑的(de)曲(qu)線(xian)(xian)(xian)，使(shi)葉(xie)片進(jin)出(chu)(chu)口之(zhi)間的(de)面(mian)積均(jun)勻(yun)變(bian)(bian)化(hua)，將進(jin)口邊(bian)改為流(liu)(liu)(liu)暢的(de)曲(qu)線(xian)(xian)(xian)，由于熔鹽泵(beng)的(de)設(she)(she)(she)(she)(she)計(ji)(ji)要求，需要將葉(xie)片出(chu)(chu)口設(she)(she)(she)(she)(she)計(ji)(ji)為傾斜(xie)(xie)20°的(de)斜(xie)(xie)線(xian)(xian)(xian)，通過調節前(qian)后(hou)蓋板(ban)型線(xian)(xian)(xian)使(shi)橫(heng)截面(mian)積呈(cheng)均(jun)勻(yun)增(zeng)大(da)(da)變(bian)(bian)化(hua)，即F-L曲(qu)線(xian)(xian)(xian)變(bian)(bian)成一(yi)條(tiao)斜(xie)(xie)向上的(de)盡量光(guang)滑的(de)曲(qu)線(xian)(xian)(xian)，使(shi)流(liu)(liu)(liu)道為擴張(zhang)型流(liu)(liu)(liu)道，確保泵(beng)的(de)運行(xing)使(shi)流(liu)(liu)(liu)體減(jian)速增(zeng)壓初步完成設(she)(she)(she)(she)(she)計(ji)(ji)的(de)導葉(xie)和葉(xie)輪的(de)軸面(mian)投影(ying)圖(tu)(tu)如(ru)圖(tu)(tu)3.1和圖(tu)(tu)3.2所示(shi)。

圖3.1葉輪初始軸(zhou)面投影圖

圖3.2導葉軸(zhou)面(mian)投(tou)影圖

輸(shu)入泵(beng)的(de)主(zhu)要(yao)參數(shu)后，依次設(she)置葉(xie)(xie)(xie)輪和導(dao)葉(xie)(xie)(xie)的(de)葉(xie)(xie)(xie)片(pian)(pian)屬性，葉(xie)(xie)(xie)輪葉(xie)(xie)(xie)片(pian)(pian)數(shu)為6，導(dao)葉(xie)(xie)(xie)葉(xie)(xie)(xie)片(pian)(pian)數(shu)為8。調整葉(xie)(xie)(xie)片(pian)(pian)型線，進行葉(xie)(xie)(xie)片(pian)(pian)加厚，對葉(xie)(xie)(xie)片(pian)(pian)進行修圓等操作，完(wan)成水(shui)力模型的(de)設(she)計(ji)。

圖(tu)3.3熔鹽(yan)泵水(shui)力模型

從CFturbo中(zhong)將已經構建好(hao)了的(de)(de)(de)(de)葉(xie)(xie)輪(lun)(lun)，導(dao)(dao)(dao)葉(xie)(xie)模型(xing)導(dao)(dao)(dao)出，并設(she)置(zhi)繪制網(wang)(wang)(wang)格(ge)(ge)的(de)(de)(de)(de)參數。在Ansys TurboGrid中(zhong)打開(kai)葉(xie)(xie)輪(lun)(lun)葉(xie)(xie)片(pian)模型(xing)，設(she)置(zhi)網(wang)(wang)(wang)格(ge)(ge)數量，葉(xie)(xie)輪(lun)(lun)的(de)(de)(de)(de)網(wang)(wang)(wang)格(ge)(ge)數設(she)置(zhi)為500000，導(dao)(dao)(dao)葉(xie)(xie)的(de)(de)(de)(de)網(wang)(wang)(wang)格(ge)(ge)數目設(she)置(zhi)為400000。完(wan)成葉(xie)(xie)輪(lun)(lun)和(he)導(dao)(dao)(dao)葉(xie)(xie)的(de)(de)(de)(de)網(wang)(wang)(wang)格(ge)(ge)模型(xing)。然后將網(wang)(wang)(wang)格(ge)(ge)模型(xing)導(dao)(dao)(dao)入流(liu)場計(ji)(ji)算(suan)(suan)的(de)(de)(de)(de)前處理文件中(zhong)，完(wan)成仿真(zhen)參數設(she)置(zhi)后開(kai)始模擬計(ji)(ji)算(suan)(suan)。根(gen)據(ju)計(ji)(ji)算(suan)(suan)的(de)(de)(de)(de)結果修改本(ben)次(ci)設(she)計(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)水力模型(xing)，設(she)計(ji)(ji)方案(an)的(de)(de)(de)(de)仿真(zhen)計(ji)(ji)算(suan)(suan)結果應達(da)到設(she)計(ji)(ji)要求的(de)(de)(de)(de)揚程和(he)效率(lv)，設(she)計(ji)(ji)方案(an)的(de)(de)(de)(de)葉(xie)(xie)輪(lun)(lun)和(he)導(dao)(dao)(dao)葉(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，同時在葉(xie)(xie)輪(lun)(lun)和(he)導(dao)(dao)(dao)葉(xie)(xie)的(de)(de)(de)(de)流(liu)道(dao)中(zhong)應盡可能的(de)(de)(de)(de)避(bi)免脫(tuo)流(liu)及(ji)漩渦的(de)(de)(de)(de)產生，并使葉(xie)(xie)片(pian)受力均勻

圖3.4前蓋板葉輪(lun)流場

圖3.5前蓋板(ban)導葉流場

圖3.6后(hou)蓋板葉輪流(liu)場(chang)

圖3.7后蓋板導(dao)葉流(liu)場

4、木模圖及結構設計

將(jiang)(jiang)優化完(wan)成的(de)(de)(de)水(shui)力(li)模型從(cong)CFturbo中(zhong)以IGES的(de)(de)(de)形式導(dao)出(chu)(chu)，然后在(zai)UG建模軟(ruan)(ruan)件中(zhong)打(da)開此文件，在(zai)UG繪圖軟(ruan)(ruan)件中(zhong)抽取(qu)出(chu)(chu)葉(xie)(xie)輪(lun)及導(dao)葉(xie)(xie)的(de)(de)(de)木模圖。導(dao)葉(xie)(xie)軸(zhou)(zhou)面(mian)(mian)(mian)投影圖上(shang)，在(zai)葉(xie)(xie)片(pian)進口(kou)邊與前蓋板的(de)(de)(de)交點(dian)處畫一(yi)條(tiao)平行于x軸(zhou)(zhou)的(de)(de)(de)直(zhi)線(xian)(xian)(xian)。并將(jiang)(jiang)這條(tiao)直(zhi)線(xian)(xian)(xian)作為移(yi)動對象，沿z軸(zhou)(zhou)等距復制11條(tiao)直(zhi)線(xian)(xian)(xian)，使(shi)這一(yi)共12條(tiao)直(zhi)線(xian)(xian)(xian)將(jiang)(jiang)從(cong)葉(xie)(xie)片(pian)進口(kou)邊與前蓋板的(de)(de)(de)交點(dian)到(dao)出(chu)(chu)口(kou)邊與后蓋板的(de)(de)(de)交點(dian)的(de)(de)(de)距離等距分割(ge)，并將(jiang)(jiang)這些(xie)直(zhi)線(xian)(xian)(xian)分別編號(hao)0到(dao)11。把這12條(tiao)直(zhi)線(xian)(xian)(xian)旋轉(zhuan)一(yi)定(ding)度數，使(shi)每(mei)個切(qie)(qie)面(mian)(mian)(mian)都(dou)把導(dao)葉(xie)(xie)葉(xie)(xie)片(pian)實體完(wan)全(quan)切(qie)(qie)割(ge)。然后繪制出(chu)(chu)每(mei)一(yi)個切(qie)(qie)面(mian)(mian)(mian)與葉(xie)(xie)片(pian)工作面(mian)(mian)(mian)、背面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)相(xiang)交曲線(xian)(xian)(xian)。將(jiang)(jiang)這些(xie)相(xiang)交曲線(xian)(xian)(xian)和(he)軸(zhou)(zhou)面(mian)(mian)(mian)投影圖都(dou)投影到(dao)同(tong)一(yi)平面(mian)(mian)(mian)上(shang)，然后保存(cun)為dwg格式文件。繪制完(wan)成的(de)(de)(de)葉(xie)(xie)輪(lun)及導(dao)葉(xie)(xie)木模圖如圖4.1，4.2所示。

圖4.1葉輪木模圖

圖4.1葉輪木模圖

設(she)計泵的總(zong)體結構，在CAXA制(zhi)圖軟件中(zhong)完成(cheng)總(zong)裝(zhuang)圖的繪(hui)制(zhi)。本(ben)次設(she)計的是液下泵，為了便于機組的拆裝(zhuang)、檢修，確定(ding)泵為立式放置；從(cong)下往上裝(zhuang)，軸(zhou)徑(jing)從(cong)上到下變細。從(cong)下到上分別(bie)是泵頭部分，連接管道和軸(zhou)承箱。整軸(zhou)長度18m，最大液下深度15m。

泵(beng)頭部分(fen)最下方是過(guo)(guo)濾(lv)網(wang)，可以(yi)過(guo)(guo)濾(lv)流體中(zhong)的(de)雜物，防止介(jie)質(zhi)中(zhong)存在雜質(zhi)對泵(beng)的(de)過(guo)(guo)流效率的(de)影響甚至堵塞過(guo)(guo)流通道。軸(zhou)(zhou)(zhou)上安裝有(you)襯套(tao)，通過(guo)(guo)螺釘固定(ding)連接，起到了密封，磨(mo)(mo)損(sun)保護等作用，同時(shi)襯套(tao)中(zhong)間(jian)(jian)開(kai)有(you)縫隙(xi)，便(bian)于零件(jian)之(zhi)間(jian)(jian)的(de)配合(he)，因此(ci)襯套(tao)安裝方式較為(wei)簡單，當(dang)泵(beng)工作一定(ding)時(shi)間(jian)(jian)，襯套(tao)磨(mo)(mo)損(sun)嚴重時(shi)，可以(yi)通過(guo)(guo)直(zhi)接更換襯套(tao)來對泵(beng)進行維修(xiu)。由(you)于襯套(tao)是固定(ding)件(jian)，不能直(zhi)接與主(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)相(xiang)連，因此(ci)軸(zhou)(zhou)(zhou)與襯套(tao)需要通過(guo)(guo)軸(zhou)(zhou)(zhou)套(tao)相(xiang)隔開(kai)，軸(zhou)(zhou)(zhou)套(tao)上還安裝了緊定(ding)螺釘，防止軸(zhou)(zhou)(zhou)套(tao)滑移。而(er)軸(zhou)(zhou)(zhou)套(tao)需要跟隨主(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)旋轉，所以(yi)襯套(tao)與軸(zhou)(zhou)(zhou)套(tao)之(zhi)間(jian)(jian)也開(kai)有(you)縫隙(xi)，作為(wei)旋轉件(jian)和非(fei)旋轉件(jian)之(zhi)間(jian)(jian)的(de)間(jian)(jian)隔，防止襯套(tao)產生過(guo)(guo)多磨(mo)(mo)損(sun)，也減少了泵(beng)的(de)效率損(sun)耗。如圖4.3為(wei)泵(beng)頭部分(fen)結構(gou)圖。

圖4.3泵頭

設(she)(she)計連(lian)接(jie)管(guan)(guan)(guan)道部分每個(ge)法(fa)蘭之間的(de)(de)間距為2000mm，共六(liu)個(ge)連(lian)接(jie)件，通(tong)過(guo)螺(luo)栓連(lian)接(jie)在一起(qi)。法(fa)蘭旁邊(bian)加(jia)裝了支撐板，用以加(jia)強(qiang)管(guan)(guan)(guan)道的(de)(de)結構(gou)強(qiang)度。同時(shi)本次設(she)(she)計的(de)(de)連(lian)接(jie)管(guan)(guan)(guan)道采用雙管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)形式(shi)，這種設(she)(she)計在輸(shu)送熔(rong)鹽介質時(shi)，擁有(you)比單管(guan)(guan)(guan)更好的(de)(de)性能。同時(shi)可以使泵在較短的(de)(de)時(shi)間內完成更多的(de)(de)工作(zuo)，提高泵的(de)(de)效(xiao)率和性能，并(bing)加(jia)強(qiang)泵的(de)(de)耐久性和可靠性。接(jie)管(guan)(guan)(guan)中的(de)(de)軸(zhou)(zhou)套作(zuo)用是平衡軸(zhou)(zhou)承(cheng)帶來的(de)(de)軸(zhou)(zhou)向力，防(fang)止滑(hua)動(dong)軸(zhou)(zhou)承(cheng)向下滑(hua)移，提高泵接(jie)管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)穩(wen)定(ding)性。滑(hua)動(dong)軸(zhou)(zhou)承(cheng)對(dui)主軸(zhou)(zhou)起(qi)支撐作(zuo)用，減小泵工作(zuo)時(shi)產生的(de)(de)傳動(dong)阻(zu)力，防(fang)止磨損過(guo)多。如圖(tu)4.4為連(lian)接(jie)管(guan)(guan)(guan)道的(de)(de)結構(gou)圖(tu)。

圖4.4連接管道

最(zui)后是(shi)軸(zhou)(zhou)承(cheng)箱(xiang)(xiang)部(bu)分(fen)(fen)，軸(zhou)(zhou)承(cheng)箱(xiang)(xiang)下方與(yu)接(jie)(jie)管相連(lian)，上方安(an)(an)裝(zhuang)電(dian)(dian)機(ji)(ji)，根據(ju)計(ji)算得出(chu)的(de)功率(lv)，本次設(she)計(ji)選擇的(de)電(dian)(dian)機(ji)(ji)為Y系列355型號的(de)立式電(dian)(dian)機(ji)(ji)。軸(zhou)(zhou)承(cheng)箱(xiang)(xiang)通過底板與(yu)過流管道(dao)連(lian)接(jie)(jie)在一起，底板作(zuo)為承(cheng)重件(jian)，需(xu)要(yao)承(cheng)擔整個軸(zhou)(zhou)承(cheng)箱(xiang)(xiang)箱(xiang)(xiang)以(yi)及電(dian)(dian)機(ji)(ji)的(de)重量，因此(ci)設(she)計(ji)得較厚。填料密(mi)(mi)封(feng)通過壓蓋和(he)螺栓帶來(lai)的(de)軸(zhou)(zhou)向(xiang)預緊力的(de)作(zuo)用使(shi)填料產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)軸(zhou)(zhou)向(xiang)壓縮變形,同時引起填料產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)膨(peng)脹的(de)趨勢,而填料的(de)膨(peng)脹又受到軸(zhou)(zhou)表面的(de)阻礙作(zuo)用,使(shi)其與(yu)兩表面之間產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)緊貼,間隙(xi)被填塞而達到密(mi)(mi)封(feng)的(de)作(zuo)用。填料密(mi)(mi)封(feng)的(de)一端(duan)安(an)(an)裝(zhuang)有通氣孔，用來(lai)通入惰性氣體，可(ke)以(yi)減少主(zhu)軸(zhou)(zhou)以(yi)及其他(ta)精密(mi)(mi)部(bu)件(jian)的(de)氧化(hua)，提高(gao)(gao)泵(beng)(beng)的(de)使(shi)用壽(shou)命。本次設(she)計(ji)使(shi)用的(de)是(shi)圓錐滾子軸(zhou)(zhou)承(cheng)，可(ke)以(yi)平(ping)衡泵(beng)(beng)運行時產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)的(de)徑(jing)向(xiang)力和(he)軸(zhou)(zhou)向(xiang)力。泵(beng)(beng)工作(zuo)時軸(zhou)(zhou)承(cheng)和(he)主(zhu)軸(zhou)(zhou)由(you)于高(gao)(gao)速旋轉，會產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)大量熱(re)量，使(shi)軸(zhou)(zhou)承(cheng)箱(xiang)(xiang)內溫(wen)度(du)升(sheng)高(gao)(gao)，因此(ci)需(xu)要(yao)在軸(zhou)(zhou)承(cheng)箱(xiang)(xiang)內兩端(duan)分(fen)(fen)別安(an)(an)裝(zhuang)下風葉和(he)上風葉用來(lai)散熱(re)，防止(zhi)溫(wen)度(du)過高(gao)(gao)影響泵(beng)(beng)的(de)運行效率(lv)。軸(zhou)(zhou)承(cheng)箱(xiang)(xiang)上端(duan)是(shi)簧(huang)片(pian)聯軸(zhou)(zhou)器，由(you)簧(huang)片(pian)和(he)簧(huang)片(pian)套組(zu)成，其作(zuo)用是(shi)連(lian)接(jie)(jie)軸(zhou)(zhou)承(cheng)箱(xiang)(xiang)和(he)電(dian)(dian)機(ji)(ji)連(lian)接(jie)(jie)起來(lai)，起到傳遞扭矩的(de)作(zuo)用。軸(zhou)(zhou)承(cheng)箱(xiang)(xiang)結(jie)構如圖4.5所示(shi)。

圖4.5軸承箱

5、結論

本文根(gen)據設計(ji)任務書的(de)(de)(de)(de)(de)(de)要(yao)(yao)求(qiu)計(ji)算(suan)出所需要(yao)(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)功率，軸徑等(deng)數(shu)據，完成(cheng)選型(xing)設計(ji)。然(ran)(ran)后在(zai)CFturbo水(shui)(shui)力(li)設計(ji)軟(ruan)件中(zhong)輸入泵(beng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)基本參(can)數(shu)，分別(bie)設置葉(xie)輪(lun)和(he)導(dao)葉(xie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)軸面投影圖(tu)，葉(xie)片型(xing)線(xian)和(he)葉(xie)片加厚，完成(cheng)泵(beng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)水(shui)(shui)力(li)模型(xing)設計(ji)。將葉(xie)輪(lun)和(he)導(dao)葉(xie)模型(xing)導(dao)出后進行(xing)網格劃(hua)分，然(ran)(ran)后在(zai)CFX仿(fang)真(zhen)軟(ruan)件里(li)分別(bie)完成(cheng)泵(beng)在(zai)1.1，1.0和(he)0.9倍(bei)流(liu)量工況(kuang)下(xia)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)仿(fang)真(zhen)計(ji)算(suan)。對計(ji)算(suan)得出的(de)(de)(de)(de)(de)(de)數(shu)據和(he)流(liu)場進行(xing)分析并(bing)提出優化方案，修改水(shui)(shui)力(li)模型(xing)，直到水(shui)(shui)力(li)模型(xing)仿(fang)真(zhen)結(jie)果中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)揚程和(he)效率滿足設計(ji)要(yao)(yao)求(qiu)，流(liu)場優秀(xiu)。然(ran)(ran)后在(zai)3D軟(ruan)件里(li)抽取出葉(xie)輪(lun)和(he)導(dao)葉(xie)對應的(de)(de)(de)(de)(de)(de)木(mu)模圖(tu)，最后在(zai)CAXA制圖(tu)軟(ruan)件里(li)完成(cheng)泵(beng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)總(zong)裝圖(tu)繪(hui)制。