多级森林灭火离心泵的轴向力平衡研究
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摘要
多级离心泵运行时有很大的轴向力,单独依靠止推轴承不能确保泵运转的稳定性和可靠性,影响泵的使用寿命。目前,针对多级离心泵轴向力的平衡问题,常采用平衡孔、双吸式、叶轮对称布置、背叶片、平衡鼓、平衡盘等结构平衡轴向力。
本文针对要改进的多级消防离心泵的轴向力问题,在分析离心泵受力的基础上计算轴向力和平衡装置各参数,并研究了平衡装置各参数对泄漏的影响,然后提出相应的数学模型和约束条件,利用MATLAB进行优化计算,并与传统的计算方法相比较。采用数值模拟分析即计算流体力学(CFD)的计算软件FLUENT对平衡装置内压力分布及液体流速进行了数值模拟计算,对结果进行了可视化处理,并进行分析对比,加深了解平衡间隙对泄漏以及平衡装置性能的影响。将平衡盘装置应用到BJL5型森林灭火消防泵的设计中,解决轴向力平衡问题。不仅可以减小离心泵的泄漏量,提高泵的工作效率,对泵的研究和优化有积极的指导作用,同时对泵的全面性能的提高和进-步的机理探讨有一定的参考价值。
Multistage centrifugal pump has huge axial force during running, thrust bearings can not assure the pump working stably and reliable, reduce pump's working life. Recently, it mainly adopts balance device to balance the axial force, such as balanced hole,double suction,symmetrical impellers,back vane,balancing drum,balance disc and so on.
The paper focus on solving this axial force problem,analyze and calculate the axial force,then design balance device. Study the influences that balance parameters to leakage. Come up with corresponding mathematical model and constraint condition. Use MATLAB to optimize and compute, compare with traditional methods. It utilizes the FLUENT of CFD software to analyze the pressure distribution and liquid flow in the balancing device, visualize and analyze the results. Improve understanding of the fluencies that balance gap to leakage and balance device's property. Make this device on BJL5 type multistage centrifugal pump to balance its axial force. This will minish the leakage of the centrifugal pump and improve the efficiency of the pump, with positive guidance to the research and optimization of the pump, to improve the overall performance of the pump and have some reference value for further study on mechanism of the pump.
本文针对要改进的多级消防离心泵的轴向力问题,在分析离心泵受力的基础上计算轴向力和平衡装置各参数,并研究了平衡装置各参数对泄漏的影响,然后提出相应的数学模型和约束条件,利用MATLAB进行优化计算,并与传统的计算方法相比较。采用数值模拟分析即计算流体力学(CFD)的计算软件FLUENT对平衡装置内压力分布及液体流速进行了数值模拟计算,对结果进行了可视化处理,并进行分析对比,加深了解平衡间隙对泄漏以及平衡装置性能的影响。将平衡盘装置应用到BJL5型森林灭火消防泵的设计中,解决轴向力平衡问题。不仅可以减小离心泵的泄漏量,提高泵的工作效率,对泵的研究和优化有积极的指导作用,同时对泵的全面性能的提高和进-步的机理探讨有一定的参考价值。
Multistage centrifugal pump has huge axial force during running, thrust bearings can not assure the pump working stably and reliable, reduce pump's working life. Recently, it mainly adopts balance device to balance the axial force, such as balanced hole,double suction,symmetrical impellers,back vane,balancing drum,balance disc and so on.
The paper focus on solving this axial force problem,analyze and calculate the axial force,then design balance device. Study the influences that balance parameters to leakage. Come up with corresponding mathematical model and constraint condition. Use MATLAB to optimize and compute, compare with traditional methods. It utilizes the FLUENT of CFD software to analyze the pressure distribution and liquid flow in the balancing device, visualize and analyze the results. Improve understanding of the fluencies that balance gap to leakage and balance device's property. Make this device on BJL5 type multistage centrifugal pump to balance its axial force. This will minish the leakage of the centrifugal pump and improve the efficiency of the pump, with positive guidance to the research and optimization of the pump, to improve the overall performance of the pump and have some reference value for further study on mechanism of the pump.
引文
1. 柴广合.多级泵平衡机构的设计计算.水泵技术1993.
2. 陈才德.机械密封选型设计制造与应用.北京.机械工业出版社.1993.
3. 陈长江,周广山,张希望等.平衡盘几何参数的优化设计.水泵技术.2003.
4. 陈燕生.液体静压支承原理和设计.国防工业出版社.1988.
5. 从小青,袁丹青.离心泵轴向力的迭代计算方法.排灌机械.1998.
6. 崔巍.多级离心泵输送渣浆时的轴向力分析及技术改进.煤炭学报.2000.
7. 崔巍.节段式多级渣浆泵的轴向力分析及平衡措施.水泵技术.1995.
8. 丁振乾.流体静压支承设计.上海科学技术出版社.1989.
9. 东北大学机械零件设计手册.冶金工业出版社.1990.
10.高红俐,杨继隆,叶力等.分段式多级离心泵的轴向力计算.水泵技术.2000.
11.关醒凡.现代泵设计手册.北京.北京宇航出版社.1995.
12.郝红伟.Matlab 6实例教程.北京.中国电力出版社.2001
13.贺其华等.用背叶片平衡多级泵轴向力的实验研究水泵技术.1996.3
14.赫尔姆特.舒尔茨.泵原理与结构.机械工业出版社.1991.
15.李文广.第三界泵与风机国际学术会议泵论文综述.水泵技术.1999.
16.刘泽九.滚动轴承应用手册.北京.机械工业出版社.2006.
17.陆火庆,等.泵与风机.上海交通大学出版社.1992.
18.陆雄,单级单吸离心泵轴向力的实验研究.水泵技术.1998.
19.牟介刚,王乐勤,周晓宁.泵行业的技术发展趋势.通用机械.2003.
20.盛敬超.液压流体力学.机械工业出版社.1984.
21.石博强,郭立芳.Matlab数学计算与教程.北京.中国铁道出版社.2003
22.唐辉,何枫.离心泵内流场的数值模拟.水泵技术.2002.
23.汀建华,戴静君,赵子传.平衡鼓和平衡盘联合结构的优化设计.汉江石油学院学报.2000.
24.王福军.计算流体动力学分析.CFD软件原理及应用.北京.清华大学出版社.
25.王良,王本永.多级泵平衡盘最佳径向尺寸的计算.煤矿机械.2002.
26.王瑞刚,王金.Fluent技术基础与应用实例.北京.清华大学出版社.2007
27.王瑜等.流量对液体静压支承静、动态特性的影响.机械科学技术.1990.
28.王宗明,周龙昌.多级离心泵动力楔防磨平衡盘的设计.石油机械.2004.
29.魏克新等.MATLAB语言与自动控制系统设计.机械：工业出版社.2001.
30.温正,石良辰.fluent流体计算应用教程.北京.清华大学出版社.2009
31.吴达人.离心泵流体力学.北京.中国电力出版社.1998
32.杨诗成,叶衡.离心泵结构与部件.北京.水利水电出版社.1990
33.于勇.FLUENT入门与进阶教程.北京.北京理工大学出版社.2008
34.袁寿其.低比转数离心泵理论与设计.北京.机械工业出版社.1997
35.张克危.流体机械原理.北京.机械工业出版.2000.
36.张翼飞,扬从新.多级离心泵平衡管径的确定方法.水泵技术.1996.
37.赵斌娟,王泽.离心泵叶轮内流数值模拟的现状和展望.农机化研究.2002.
38.赵红梅.Matlab 6.5辅助优化计算与设计.北京.北京电子工业出版社.2003
39.赵万勇.多级泵平衡盘问隙流动的理论分析.水泵技术.2001.
40.赵永德.分段式多级水泵平衡盘轴向最小间隙的分析.通用机械.2003.
41. Fluent软件使用手册.美国Fluent软件公司.
42. K J Stout. Slot-Entry Bearings for Hydro dynamic and Hydrostatic operation, Journal MechanicalEngineeringScience, Vol 10,1986.
43. S Lingard and Y C.King, Aspects of The Performance of Externally Pressurized journal Bearings, Wear 1982.
44. H.Kanki, T.Kawakami. Experimental Study on the Dynamic Characteristics of Pump Annular seals Proceedings of the ImechE,1984(84):297.
45. Wu YL, Dai J.Turbulence flow simulation through centrifugal pump impeller at design and off-design conditions. In the Zndlnter.Conf. Pumps'fans, Beijing,1995.
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