礦用潛水泵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、隨著采掘業(yè)建設(shè)規(guī)模日益擴(kuò)大,礦用排水泵需求量得到迅猛的增長。礦用隔爆潛水泵是將泵與電機(jī)緊密結(jié)合成一體,共同潛水運(yùn)行的機(jī)組,輕巧易移動(dòng),噪音低。由于內(nèi)裝式礦用多級隔爆潛水泵的工作條件惡劣,且自身設(shè)計(jì)存在的諸多問題,運(yùn)行中會經(jīng)常損壞。據(jù)調(diào)查,國內(nèi)礦用隔爆潛水電泵的平均首次無故障運(yùn)行時(shí)間一般不超過1500h,嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的性能和生產(chǎn)效率。
　　 本課題主要針對外特性相同的兩個(gè)泵BQS50-450/2-200和BQS50-450/6-

2、160的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行研究。在泵的運(yùn)行中,泵的軸承7217AC/DB會提前損壞,口環(huán)、平衡鼓磨損嚴(yán)重。分析泵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障的原因主要有兩種:一是轉(zhuǎn)子系統(tǒng)軸向力過大;二是轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速過低。本文主要從軸向力和臨界轉(zhuǎn)速這兩個(gè)方面進(jìn)行研究,同時(shí)進(jìn)行了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的應(yīng)力與應(yīng)變校核和軸承的壽命校核,提出滿足設(shè)計(jì)要求的優(yōu)化方案。主要工作如下:
　　 (1)根據(jù)內(nèi)裝式礦用多級隔爆潛水泵的技術(shù)參數(shù),設(shè)計(jì)出泵BQS50-450/2-200和BQS50

3、-450/6-160的過流部件及總體結(jié)構(gòu)。
　　 (2)用Pro/E軟件對泵的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)部件和過流部件內(nèi)部水體進(jìn)行實(shí)體建模,利用ICEM軟件對水體進(jìn)行網(wǎng)格劃分,用CFX軟件進(jìn)行流場計(jì)算并讀取結(jié)果,將泵BQS50-450/2-200和BQS50-450/6-160的模擬外特性結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比。
　　 (3)用傳統(tǒng)方法計(jì)算轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的軸向力,與計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算的軸向力進(jìn)行對比。對泵BQS50-450/2-200進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,

4、去掉該泵末級葉輪背葉片,并重新計(jì)算軸向力,去掉背葉片后,轉(zhuǎn)子部件承受的軸向力減小。將泵BQS50-450/2-200有無背葉片和泵BQS50-450/6-160三種方案的軸向力結(jié)果進(jìn)行對比,得出泵BQS50-450/2-200去掉背葉片后軸向力明顯減小。
　　 (4)用傳統(tǒng)方法計(jì)算出兩種設(shè)計(jì)方案的一階臨界轉(zhuǎn)速,與用ANSYSWorkbench在基于流固耦合的基礎(chǔ)上計(jì)算出的臨界轉(zhuǎn)速進(jìn)行對比。通過分析兩泵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振型和臨界轉(zhuǎn)速,得

5、出提高轉(zhuǎn)子系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速的優(yōu)化方案,泵BQS50-450/6-160轉(zhuǎn)子部件更改為采用三支點(diǎn)支撐的方式,臨界轉(zhuǎn)速大幅度提高,原有兩支點(diǎn)支撐的多級潛水泵BQS50-450/6-160的臨界轉(zhuǎn)速過低,不滿足設(shè)計(jì)要求。
　　 (5)對四種轉(zhuǎn)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了基于流固耦合的靜力結(jié)構(gòu)分析,將流場的計(jì)算結(jié)果作為已知條件,導(dǎo)入ANSYSWorkbench界面,計(jì)算出泵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)等效應(yīng)力和整體變形符合運(yùn)行要求;利用數(shù)值模擬的徑向力和軸向力結(jié)果,對