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“光伏+光熱”電站儲能模塊熱鹽泵設計

摘要

高(gao)溫(wen)熱(re)鹽(yan)(yan)泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)是一種用于(yu)處理(li)高(gao)溫(wen)熔鹽(yan)(yan)溶(rong)液的(de)(de)(de)泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)，廣泛應用于(yu)化學(xue)、石油和(he)(he)(he)電力(li)等(deng)(deng)(deng)能(neng)(neng)源行業。本文(wen)根(gen)據給定(ding)的(de)(de)(de)設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)參(can)數(shu)完成了(le)(le)(le)“光伏+光熱(re)”電站儲能(neng)(neng)模塊(kuai)熱(re)鹽(yan)(yan)泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)水(shui)力(li)及結(jie)構(gou)(gou)設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)及CFD分(fen)析(xi)，包括熔鹽(yan)(yan)泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)的(de)(de)(de)工作原理(li)、熔鹽(yan)(yan)泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)的(de)(de)(de)選(xuan)(xuan)型(xing)(xing)設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)、材料選(xuan)(xuan)擇(ze)，水(shui)力(li)模型(xing)(xing)的(de)(de)(de)構(gou)(gou)建(jian)和(he)(he)(he)仿(fang)真(zhen)，木模圖的(de)(de)(de)抽取繪(hui)制以(yi)及泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)的(de)(de)(de)結(jie)構(gou)(gou)設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)等(deng)(deng)(deng)內容(rong)。在熔鹽(yan)(yan)泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)的(de)(de)(de)選(xuan)(xuan)型(xing)(xing)設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)方面，根(gen)據設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)任務要求，計(ji)(ji)(ji)算(suan)出泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)的(de)(de)(de)主要參(can)數(shu)，同時選(xuan)(xuan)擇(ze)了(le)(le)(le)可(ke)顯著提(ti)(ti)高(gao)泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)的(de)(de)(de)抗腐蝕性的(de)(de)(de)設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)材料。在CFturbo設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)軟件上完成水(shui)力(li)模型(xing)(xing)的(de)(de)(de)設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)。然后使用仿(fang)真(zhen)軟件進行模擬計(ji)(ji)(ji)算(suan)。根(gen)據計(ji)(ji)(ji)算(suan)結(jie)果分(fen)析(xi)了(le)(le)(le)泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)的(de)(de)(de)流量、揚程、效率等(deng)(deng)(deng)參(can)數(shu)，說明了(le)(le)(le)這些參(can)數(shu)對泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)的(de)(de)(de)性能(neng)(neng)影響，并提(ti)(ti)出了(le)(le)(le)相應的(de)(de)(de)優化方案。在熔鹽(yan)(yan)泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)的(de)(de)(de)結(jie)構(gou)(gou)設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)方面，本文(wen)設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)了(le)(le)(le)一種雙接管的(de)(de)(de)高(gao)溫(wen)熔鹽(yan)(yan)泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)結(jie)構(gou)(gou)，通過優化泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)頭、泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)軸(zhou)和(he)(he)(he)密封(feng)結(jie)構(gou)(gou)等(deng)(deng)(deng)關鍵(jian)部件的(de)(de)(de)設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)，提(ti)(ti)高(gao)了(le)(le)(le)泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)的(de)(de)(de)密封(feng)性和(he)(he)(he)穩定(ding)性。關于(yu)零部件的(de)(de)(de)設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)，主要以(yi)泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)軸(zhou)和(he)(he)(he)密封(feng)為(wei)例，介紹了(le)(le)(le)它們(men)的(de)(de)(de)設(she)(she)(she)計(ji)(ji)(ji)原則(ze)和(he)(he)(he)關鍵(jian)技術要點。

關鍵詞：高溫熔鹽泵,仿真,結(jie)構設計

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背景介紹

水泵(beng)屬于水力(li)工作(zuo)機(ji)(ji)，即消耗能(neng)(neng)(neng)(neng)量的(de)(de)(de)(de)機(ji)(ji)械(xie)。其作(zuo)用(yong)(yong)是把原動機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)機(ji)(ji)械(xie)能(neng)(neng)(neng)(neng)或外部能(neng)(neng)(neng)(neng)量轉換為液(ye)體介質(zhi)的(de)(de)(de)(de)機(ji)(ji)械(xie)能(neng)(neng)(neng)(neng)。泵(beng)的(de)(de)(de)(de)種類很多，應用(yong)(yong)非常廣泛，在國民經(jing)濟的(de)(de)(de)(de)各個領域都有(you)廣泛應用(yong)(yong)，是發展現(xian)代化農業(ye)、現(xian)代化工業(ye)、現(xian)代化國防(fang)必不可少的(de)(de)(de)(de)機(ji)(ji)器設(she)備。熔(rong)鹽儲(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)作(zuo)為單獨(du)的(de)(de)(de)(de)儲(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)單元(yuan)模塊，可以(yi)很好(hao)匹配火電(dian)靈(ling)活改造(zao)、工業(ye)蒸(zheng)(zheng)汽生產(chan)需求。目(mu)前熱(re)鹽泵(beng)儲(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)技術已(yi)經(jing)廣泛應用(yong)(yong)于太(tai)陽能(neng)(neng)(neng)(neng)光熱(re)發電(dian)系(xi)統(tong)等新能(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)系(xi)統(tong)，利用(yong)(yong)了硝酸鹽儲(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)特性(xing)將(jiang)太(tai)陽光熱(re)能(neng)(neng)(neng)(neng)轉換為熔(rong)鹽的(de)(de)(de)(de)內能(neng)(neng)(neng)(neng)來(lai)存(cun)儲(chu)和發出(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)量，可以(yi)實(shi)現(xian)能(neng)(neng)(neng)(neng)量在系(xi)統(tong)之間的(de)(de)(de)(de)轉移，滿(man)足可再生能(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)的(de)(de)(de)(de)電(dian)網(wang)調峰需求。除(chu)了光熱(re)領域外，熱(re)鹽儲(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)在熔(rong)鹽儲(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)供(gong)(gong)暖、供(gong)(gong)蒸(zheng)(zheng)汽以(yi)及火電(dian)機(ji)(ji)組的(de)(de)(de)(de)靈(ling)活改造(zao)領域也有(you)很大的(de)(de)(de)(de)競爭優勢。

圖1.1熔鹽(yan)泵儲能單元

熔(rong)鹽(yan)儲(chu)能(neng)分為(wei)(wei)蓄(xu)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)與(yu)放熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)兩個工作(zuo)過(guo)(guo)程(cheng)。蓄(xu)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)過(guo)(guo)程(cheng)采(cai)用(yong)(yong)(yong)智能(neng)互補系(xi)統(tong)將風(feng)電、光伏(fu)、夜間低谷電、工業廢熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)作(zuo)為(wei)(wei)加熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)熔(rong)鹽(yan)的能(neng)源(yuan)，通(tong)過(guo)(guo)加熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)熔(rong)鹽(yan)存(cun)儲(chu)可再生能(neng)源(yuan)或低谷電能(neng)。放熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)過(guo)(guo)程(cheng)在換(huan)(huan)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)系(xi)統(tong)中高溫熔(rong)鹽(yan)與(yu)水(shui)(shui)(shui)換(huan)(huan)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)，產生水(shui)(shui)(shui)蒸(zheng)(zheng)汽，驅(qu)動渦輪機(ji)工作(zuo)，對外發電。熔(rong)鹽(yan)儲(chu)能(neng)系(xi)統(tong)常與(yu)光伏(fu)、風(feng)電、核能(neng)等(deng)系(xi)統(tong)相耦合。加熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)后(hou)產生的蒸(zheng)(zheng)汽與(yu)用(yong)(yong)(yong)戶(hu)(hu)側循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)水(shui)(shui)(shui)回(hui)(hui)水(shui)(shui)(shui)進行換(huan)(huan)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)，換(huan)(huan)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)后(hou)產生的凝結水(shui)(shui)(shui)經(jing)過(guo)(guo)處理后(hou)可回(hui)(hui)到熔(rong)鹽(yan)放熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)中繼續循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)使(shi)用(yong)(yong)(yong)，換(huan)(huan)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)后(hou)的循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)水(shui)(shui)(shui)供(gong)水(shui)(shui)(shui)供(gong)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)用(yong)(yong)(yong)戶(hu)(hu)使(shi)用(yong)(yong)(yong)，經(jing)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)用(yong)(yong)(yong)戶(hu)(hu)使(shi)用(yong)(yong)(yong)后(hou)的循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)水(shui)(shui)(shui)回(hui)(hui)水(shui)(shui)(shui)，再與(yu)蒸(zheng)(zheng)汽進行換(huan)(huan)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)，完成蒸(zheng)(zheng)汽/水(shui)(shui)(shui)換(huan)(huan)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)循(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)。

雙罐系統適用于大面積供(gong)暖、工業(ye)蒸(zheng)汽、發電(dian)、電(dian)廠(chang)的調峰、清潔(jie)電(dian)能的消納等域。

圖1.2雙罐系統

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泵的選型設計

本(ben)次設計所提供的(de)(de)參數要求為揚程H=78.6m，流(liu)量Q=1285.58m3/h，目標效率(lv)η=72.0%。根據高(gao)溫泵的(de)(de)設計要求，熱(re)鹽(yan)泵的(de)(de)轉速不會太高(gao)，因此泵轉速確(que)定(ding)為n=1480r/min。為達到(dao)較高(gao)的(de)(de)水力效率(lv)，本(ben)文設計的(de)(de)熱(re)鹽(yan)泵的(de)(de)泵軸與葉輪相連接，泵的(de)(de)進(jin)出口直徑，可以(yi)由合理的(de)(de)進(jin)口流(liu)速以(yi)及(ji)轉速確(que)定(ding)。

由(you)于本次(ci)設計的(de)(de)熱鹽泵(beng)是多級(ji)(ji)(ji)泵(beng)，選擇(ze)分(fen)(fen)(fen)級(ji)(ji)(ji)數(shu)時(shi)，每次(ci)分(fen)(fen)(fen)級(ji)(ji)(ji)的(de)(de)效率(lv)(lv)都需要單獨計算。不(bu)同級(ji)(ji)(ji)數(shu)泵(beng)之間的(de)(de)轉(zhuan)速(su)(su)，流量(liang)是不(bu)變(bian)(bian)的(de)(de)，因(yin)此每次(ci)計算只(zhi)需改變(bian)(bian)揚程，計算出各自的(de)(de)比(bi)轉(zhuan)速(su)(su)以及(ji)總效率(lv)(lv)。分(fen)(fen)(fen)析(xi)計算得出的(de)(de)各級(ji)(ji)(ji)比(bi)轉(zhuan)速(su)(su)，對(dui)比(bi)總效率(lv)(lv)的(de)(de)變(bian)(bian)化(hua)幅度，選擇(ze)提高級(ji)(ji)(ji)數(shu)后效率(lv)(lv)不(bu)再明顯上升(sheng)的(de)(de)級(ji)(ji)(ji)數(shu)作為(wei)本次(ci)設計泵(beng)的(de)(de)級(ji)(ji)(ji)數(shu)。根據計算結果，本次(ci)設計選擇(ze)二級(ji)(ji)(ji)泵(beng)。各級(ji)(ji)(ji)比(bi)轉(zhuan)速(su)(su)及(ji)總效率(lv)(lv)如下表2.1所示：

表2.1各級比轉速

計(ji)(ji)算泵(beng)的(de)(de)(de)(de)軸(zhou)功率和(he)原動(dong)機功率，據(ju)此選(xuan)擇合適(shi)的(de)(de)(de)(de)電(dian)機。最后計(ji)(ji)算軸(zhou)徑(jing)(jing)和(he)輪(lun)轂(gu)直(zhi)徑(jing)(jing)。泵(beng)軸(zhou)的(de)(de)(de)(de)直(zhi)徑(jing)(jing)應(ying)按(an)(an)其可(ke)承(cheng)受的(de)(de)(de)(de)外載荷和(he)剛度(du)及臨(lin)界(jie)(jie)轉速(su)(su)(su)條件(jian)確定(ding)，查(cha)閱資料可(ke)以確定(ding)本(ben)次設(she)(she)計(ji)(ji)所需材(cai)料的(de)(de)(de)(de)許用應(ying)力。因(yin)為扭矩(ju)是泵(beng)軸(zhou)最主(zhu)要的(de)(de)(de)(de)載荷，所以在(zai)開(kai)始設(she)(she)計(ji)(ji)時，可(ke)按(an)(an)扭矩(ju)確定(ding)泵(beng)軸(zhou)的(de)(de)(de)(de)最小直(zhi)徑(jing)(jing)。本(ben)次設(she)(she)計(ji)(ji)采用347H奧氏(shi)體不銹鋼(gang)，查(cha)閱資料可(ke)知該不銹鋼(gang)在(zai)560℃高溫下許用應(ying)力。同時應(ying)根(gen)據(ju)所設(she)(she)計(ji)(ji)泵(beng)的(de)(de)(de)(de)具體情況(kuang)，考慮影響剛度(du)和(he)臨(lin)界(jie)(jie)轉速(su)(su)(su)的(de)(de)(de)(de)大(da)概(gai)因(yin)素，可(ke)對初算的(de)(de)(de)(de)軸(zhou)徑(jing)(jing)作適(shi)當的(de)(de)(de)(de)修改，并(bing)圓整(zheng)到標準(zhun)直(zhi)徑(jing)(jing)。待泵(beng)轉子設(she)(she)計(ji)(ji)完成(cheng)后，再對軸(zhou)的(de)(de)(de)(de)強度(du)、剛度(du)和(he)臨(lin)界(jie)(jie)轉速(su)(su)(su)進行(xing)詳細的(de)(de)(de)(de)校核。

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水力模型設計優化

葉(xie)(xie)(xie)輪(lun)(lun)(lun)導葉(xie)(xie)(xie)是(shi)泵的(de)(de)(de)主(zhu)要(yao)過流部(bu)件，是(shi)影響工作效率的(de)(de)(de)主(zhu)要(yao)因素，主(zhu)要(yao)作用(yong)(yong)是(shi)把原動(dong)(dong)機的(de)(de)(de)機械(xie)能轉(zhuan)化為(wei)液體(ti)的(de)(de)(de)勢(shi)能與(yu)動(dong)(dong)能。從工藝角度(du)分析，離(li)心泵葉(xie)(xie)(xie)輪(lun)(lun)(lun)屬于旋轉(zhuan)圓盤類零件，葉(xie)(xie)(xie)輪(lun)(lun)(lun)的(de)(de)(de)水(shui)(shui)力(li)(li)設計(ji)在泵的(de)(de)(de)經濟(ji)性、節(jie)能性等方面都有極大的(de)(de)(de)應用(yong)(yong)價(jia)值。導葉(xie)(xie)(xie)的(de)(de)(de)水(shui)(shui)力(li)(li)設計(ji)是(shi)建立在葉(xie)(xie)(xie)輪(lun)(lun)(lun)設計(ji)之后，導葉(xie)(xie)(xie)的(de)(de)(de)作用(yong)(yong)是(shi)收(shou)集葉(xie)(xie)(xie)輪(lun)(lun)(lun)出口(kou)處的(de)(de)(de)液體(ti)并輸送至(zhi)下一級葉(xie)(xie)(xie)輪(lun)(lun)(lun)吸入口(kou)或(huo)出口(kou)，減(jian)小(xiao)液體(ti)的(de)(de)(de)流動(dong)(dong)速度(du)，其中(zhong)液體(ti)的(de)(de)(de)壓力(li)(li)能是(shi)由它所具有的(de)(de)(de)動(dong)(dong)能轉(zhuan)換成的(de)(de)(de)，消除液體(ti)的(de)(de)(de)旋轉(zhuan)運動(dong)(dong)，保證液體(ti)軸(zhou)對稱(cheng)流出葉(xie)(xie)(xie)輪(lun)(lun)(lun)，從而減(jian)少水(shui)(shui)力(li)(li)損失(shi)。在本(ben)次(ci)設計(ji)中(zhong)，采(cai)用(yong)(yong)空(kong)間(jian)導葉(xie)(xie)(xie)。

本次設(she)(she)(she)計(ji)利(li)用泵(beng)與旋轉(zhuan)機械(xie)專(zhuan)業(ye)設(she)(she)(she)計(ji)工(gong)具CFturbo軟(ruan)件(jian)對(dui)泵(beng)的(de)(de)(de)兩級葉(xie)輪進行設(she)(she)(she)計(ji)。CFturbo專(zhuan)業(ye)的(de)(de)(de)葉(xie)輪及蝸殼設(she)(she)(she)計(ji)軟(ruan)件(jian)，其參(can)數(shu)(shu)化的(de)(de)(de)設(she)(she)(she)計(ji)使得軟(ruan)件(jian)的(de)(de)(de)通用性更強，完備的(de)(de)(de)接口(kou)可以保證模(mo)型向多種(zhong)CAD/CFD/CAE軟(ruan)件(jian)工(gong)具輸出(chu)。通過CFturbo與其他建模(mo)和仿真工(gong)具結合，可以快速實現從(cong)設(she)(she)(she)計(ji)到仿真，從(cong)優(you)化到生產制造的(de)(de)(de)整(zheng)個過程的(de)(de)(de)一體化，從(cong)而(er)為泵(beng)等旋轉(zhuan)機械(xie)的(de)(de)(de)設(she)(she)(she)計(ji)單位提(ti)供一體化的(de)(de)(de)解決方案。打開CFturbo軟(ruan)件(jian)輸入此次設(she)(she)(she)計(ji)需要的(de)(de)(de)參(can)數(shu)(shu)：流(liu)量(liang)：Q=1285.58m3/h、揚程：H=39.3m、轉(zhuan)速：n=1480 r/min。然(ran)后(hou)進行葉(xie)輪的(de)(de)(de)水力(li)設(she)(she)(she)計(ji)。

添加葉輪。本(ben)次設(she)計(ji)的(de)泵比轉速較小，流(liu)量大，揚程較高(gao)，軸面(mian)(mian)流(liu)道(dao)(dao)窄而長因此設(she)計(ji)時選擇Radial/Mixed-flow Impeller，即離心/混流(liu)葉輪。輸入葉輪進口(kou)直徑Ds=280mm、葉輪出口(kou)直徑D2=380mm和葉輪出口(kou)寬度(du)b2=60mm。設(she)計(ji)軸面(mian)(mian)投(tou)影(ying)圖(tu)。調整前后蓋板型線(xian)(xian)為(wei)光滑(hua)的(de)曲(qu)(qu)線(xian)(xian)，使葉片進出口(kou)之(zhi)間的(de)面(mian)(mian)積(ji)均(jun)勻變(bian)化，將進口(kou)邊改(gai)為(wei)流(liu)暢的(de)曲(qu)(qu)線(xian)(xian)，由于熔鹽泵的(de)設(she)計(ji)要求，需要將葉片出口(kou)設(she)計(ji)為(wei)傾斜20°的(de)斜線(xian)(xian)，通過(guo)調節前后蓋板型線(xian)(xian)使橫截面(mian)(mian)積(ji)呈均(jun)勻增(zeng)大變(bian)化，即F-L曲(qu)(qu)線(xian)(xian)變(bian)成(cheng)一條斜向上的(de)盡量光滑(hua)的(de)曲(qu)(qu)線(xian)(xian)，使流(liu)道(dao)(dao)為(wei)擴張(zhang)型流(liu)道(dao)(dao)，確(que)保(bao)泵的(de)運(yun)行(xing)使流(liu)體減速增(zeng)壓初步完成(cheng)設(she)計(ji)的(de)導葉和葉輪的(de)軸面(mian)(mian)投(tou)影(ying)圖(tu)如圖(tu)3.1和圖(tu)3.2所示。

圖(tu)3.1葉輪初始軸(zhou)面投(tou)影(ying)圖(tu)

圖(tu)3.2導(dao)葉軸面投(tou)影圖(tu)

輸入泵(beng)的(de)主(zhu)要參數(shu)后，依次設置葉輪(lun)和導葉的(de)葉片(pian)(pian)屬性，葉輪(lun)葉片(pian)(pian)數(shu)為6，導葉葉片(pian)(pian)數(shu)為8。調整葉片(pian)(pian)型(xing)線，進(jin)行葉片(pian)(pian)加厚，對葉片(pian)(pian)進(jin)行修圓等操作，完成水(shui)力模型(xing)的(de)設計(ji)。

圖3.3熔鹽泵水力模型(xing)

從CFturbo中將(jiang)已經構建好(hao)了的(de)(de)葉(xie)輪(lun)(lun)，導(dao)(dao)葉(xie)模(mo)(mo)(mo)型(xing)導(dao)(dao)出，并(bing)設(she)(she)(she)置(zhi)繪制網(wang)(wang)(wang)格(ge)(ge)的(de)(de)參數。在Ansys TurboGrid中打開(kai)葉(xie)輪(lun)(lun)葉(xie)片模(mo)(mo)(mo)型(xing)，設(she)(she)(she)置(zhi)網(wang)(wang)(wang)格(ge)(ge)數量，葉(xie)輪(lun)(lun)的(de)(de)網(wang)(wang)(wang)格(ge)(ge)數設(she)(she)(she)置(zhi)為(wei)500000，導(dao)(dao)葉(xie)的(de)(de)網(wang)(wang)(wang)格(ge)(ge)數目設(she)(she)(she)置(zhi)為(wei)400000。完成葉(xie)輪(lun)(lun)和導(dao)(dao)葉(xie)的(de)(de)網(wang)(wang)(wang)格(ge)(ge)模(mo)(mo)(mo)型(xing)。然后將(jiang)網(wang)(wang)(wang)格(ge)(ge)模(mo)(mo)(mo)型(xing)導(dao)(dao)入流場計算(suan)的(de)(de)前處理文件(jian)中，完成仿真參數設(she)(she)(she)置(zhi)后開(kai)始模(mo)(mo)(mo)擬計算(suan)。根據計算(suan)的(de)(de)結果(guo)修改本(ben)次設(she)(she)(she)計的(de)(de)水力模(mo)(mo)(mo)型(xing)，設(she)(she)(she)計方案的(de)(de)仿真計算(suan)結果(guo)應(ying)達到(dao)設(she)(she)(she)計要求的(de)(de)揚(yang)程和效率，設(she)(she)(she)計方案的(de)(de)葉(xie)輪(lun)(lun)和導(dao)(dao)葉(xie)的(de)(de)沖角應(ying)達到(dao)趨近于零沖角的(de)(de)范圍，同時在葉(xie)輪(lun)(lun)和導(dao)(dao)葉(xie)的(de)(de)流道(dao)中應(ying)盡可能的(de)(de)避免脫流及(ji)漩渦的(de)(de)產生，并(bing)使(shi)葉(xie)片受(shou)力均(jun)勻。

圖3.4前蓋板葉(xie)輪流場

圖(tu)3.5前蓋板導(dao)葉流場

圖3.6后(hou)蓋板葉輪流(liu)場(chang)

圖3.7后蓋板導葉流(liu)場

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木模圖及結構設計

將(jiang)優(you)化完(wan)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)水力模型從(cong)CFturbo中(zhong)以IGES的(de)(de)(de)(de)形式導(dao)出，然(ran)后在UG建模軟(ruan)件(jian)中(zhong)打開此(ci)文(wen)件(jian)，在UG繪(hui)圖軟(ruan)件(jian)中(zhong)抽取出葉(xie)(xie)(xie)輪及(ji)導(dao)葉(xie)(xie)(xie)的(de)(de)(de)(de)木(mu)模圖。導(dao)葉(xie)(xie)(xie)軸(zhou)(zhou)面(mian)(mian)投影(ying)圖上，在葉(xie)(xie)(xie)片進口邊(bian)與(yu)(yu)前蓋板(ban)的(de)(de)(de)(de)交(jiao)點(dian)處畫一條(tiao)(tiao)平行(xing)于x軸(zhou)(zhou)的(de)(de)(de)(de)直(zhi)線(xian)(xian)。并(bing)將(jiang)這條(tiao)(tiao)直(zhi)線(xian)(xian)作(zuo)(zuo)為移(yi)動對象，沿z軸(zhou)(zhou)等距復制11條(tiao)(tiao)直(zhi)線(xian)(xian)，使這一共12條(tiao)(tiao)直(zhi)線(xian)(xian)將(jiang)從(cong)葉(xie)(xie)(xie)片進口邊(bian)與(yu)(yu)前蓋板(ban)的(de)(de)(de)(de)交(jiao)點(dian)到(dao)(dao)出口邊(bian)與(yu)(yu)后蓋板(ban)的(de)(de)(de)(de)交(jiao)點(dian)的(de)(de)(de)(de)距離等距分(fen)割(ge)，并(bing)將(jiang)這些(xie)(xie)直(zhi)線(xian)(xian)分(fen)別編號0到(dao)(dao)11。把這12條(tiao)(tiao)直(zhi)線(xian)(xian)旋(xuan)轉一定度(du)數(shu)，使每(mei)個切面(mian)(mian)都把導(dao)葉(xie)(xie)(xie)葉(xie)(xie)(xie)片實(shi)體(ti)完(wan)全切割(ge)。然(ran)后繪(hui)制出每(mei)一個切面(mian)(mian)與(yu)(yu)葉(xie)(xie)(xie)片工(gong)作(zuo)(zuo)面(mian)(mian)、背面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)相交(jiao)曲線(xian)(xian)。將(jiang)這些(xie)(xie)相交(jiao)曲線(xian)(xian)和軸(zhou)(zhou)面(mian)(mian)投影(ying)圖都投影(ying)到(dao)(dao)同一平面(mian)(mian)上，然(ran)后保(bao)存為dwg格(ge)式文(wen)件(jian)。繪(hui)制完(wan)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)葉(xie)(xie)(xie)輪及(ji)導(dao)葉(xie)(xie)(xie)木(mu)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

設計(ji)泵(beng)(beng)的(de)總體結構，在CAXA制(zhi)圖軟件中完成總裝圖的(de)繪制(zhi)。本次(ci)設計(ji)的(de)是液下泵(beng)(beng)，為(wei)了(le)便于機組的(de)拆裝、檢修，確定泵(beng)(beng)為(wei)立式放置；從下往上裝，軸(zhou)徑從上到下變(bian)細。從下到上分(fen)別(bie)是泵(beng)(beng)頭(tou)部分(fen)，連接管道(dao)和軸(zhou)承箱。整軸(zhou)長度(du)18m，最大液下深度(du)15m。

泵(beng)(beng)頭部分最下方(fang)(fang)是過(guo)濾網，可以(yi)過(guo)濾流(liu)(liu)體(ti)中的雜(za)物(wu)，防止介(jie)質中存在雜(za)質對(dui)泵(beng)(beng)的過(guo)流(liu)(liu)效率的影響甚至堵塞過(guo)流(liu)(liu)通道。軸(zhou)(zhou)(zhou)上安裝(zhuang)有襯(chen)套(tao)(tao)，通過(guo)螺釘固定連(lian)(lian)接(jie)，起(qi)到了密封(feng)，磨損(sun)保護等作用，同時(shi)襯(chen)套(tao)(tao)中間(jian)開(kai)(kai)有縫隙(xi)，便(bian)于零(ling)件之間(jian)的配合(he)，因(yin)此襯(chen)套(tao)(tao)安裝(zhuang)方(fang)(fang)式較為(wei)簡單，當(dang)泵(beng)(beng)工作一定時(shi)間(jian)，襯(chen)套(tao)(tao)磨損(sun)嚴重(zhong)時(shi)，可以(yi)通過(guo)直接(jie)更換襯(chen)套(tao)(tao)來對(dui)泵(beng)(beng)進行維(wei)修。由于襯(chen)套(tao)(tao)是固定件，不能(neng)直接(jie)與主(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)相連(lian)(lian)，因(yin)此軸(zhou)(zhou)(zhou)與襯(chen)套(tao)(tao)需要通過(guo)軸(zhou)(zhou)(zhou)套(tao)(tao)相隔開(kai)(kai)，軸(zhou)(zhou)(zhou)套(tao)(tao)上還(huan)安裝(zhuang)了緊定螺釘，防止軸(zhou)(zhou)(zhou)套(tao)(tao)滑移。而軸(zhou)(zhou)(zhou)套(tao)(tao)需要跟隨主(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)旋轉，所(suo)以(yi)襯(chen)套(tao)(tao)與軸(zhou)(zhou)(zhou)套(tao)(tao)之間(jian)也(ye)開(kai)(kai)有縫隙(xi)，作為(wei)旋轉件和非旋轉件之間(jian)的間(jian)隔，防止襯(chen)套(tao)(tao)產生過(guo)多磨損(sun)，也(ye)減少(shao)了泵(beng)(beng)的效率損(sun)耗。如圖4.3為(wei)泵(beng)(beng)頭部分結構圖。

圖4.3泵頭

設(she)(she)計連接(jie)(jie)管道(dao)部(bu)分每個法蘭(lan)(lan)之間的(de)(de)間距為2000mm，共六(liu)個連接(jie)(jie)件，通過螺栓(shuan)連接(jie)(jie)在一起。法蘭(lan)(lan)旁(pang)邊加裝了支(zhi)撐(cheng)板，用(yong)以加強管道(dao)的(de)(de)結構強度。同時本次設(she)(she)計的(de)(de)連接(jie)(jie)管道(dao)采用(yong)雙管的(de)(de)形式，這種設(she)(she)計在輸送熔鹽介質時，擁有比單管更好(hao)的(de)(de)性能。同時可(ke)以使(shi)泵(beng)在較(jiao)短(duan)的(de)(de)時間內(nei)完(wan)成更多的(de)(de)工(gong)作(zuo)(zuo)，提高泵(beng)的(de)(de)效率(lv)和性能，并加強泵(beng)的(de)(de)耐(nai)久性和可(ke)靠性。接(jie)(jie)管中的(de)(de)軸(zhou)套作(zuo)(zuo)用(yong)是平衡軸(zhou)承帶來(lai)的(de)(de)軸(zhou)向力，防(fang)止滑動(dong)軸(zhou)承向下滑移，提高泵(beng)接(jie)(jie)管的(de)(de)穩定性。滑動(dong)軸(zhou)承對主軸(zhou)起支(zhi)撐(cheng)作(zuo)(zuo)用(yong)，減小泵(beng)工(gong)作(zuo)(zuo)時產生的(de)(de)傳動(dong)阻力，防(fang)止磨(mo)損過多。如圖4.4為連接(jie)(jie)管道(dao)的(de)(de)結構圖。

圖4.4連接管道

最后(hou)是(shi)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)箱(xiang)(xiang)部分，軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)箱(xiang)(xiang)下方(fang)與接管相(xiang)連，上方(fang)安裝電機(ji)，根據計(ji)算(suan)得(de)出的(de)(de)(de)(de)功(gong)率，本次(ci)設計(ji)選擇的(de)(de)(de)(de)電機(ji)為Y系(xi)列(lie)355型(xing)號的(de)(de)(de)(de)立(li)式電機(ji)。軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)箱(xiang)(xiang)通過底(di)板與過流(liu)管道連接在一(yi)起(qi)，底(di)板作為承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)重件(jian)，需要承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)擔(dan)整個軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)箱(xiang)(xiang)箱(xiang)(xiang)以及電機(ji)的(de)(de)(de)(de)重量，因此(ci)(ci)設計(ji)得(de)較厚。填(tian)料密(mi)封(feng)通過壓(ya)蓋和(he)螺栓帶來(lai)的(de)(de)(de)(de)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)向預緊力的(de)(de)(de)(de)作用(yong)使(shi)填(tian)料產(chan)生(sheng)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)向壓(ya)縮(suo)變(bian)形,同時引起(qi)填(tian)料產(chan)生(sheng)膨脹的(de)(de)(de)(de)趨勢,而(er)填(tian)料的(de)(de)(de)(de)膨脹又受到(dao)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)表面的(de)(de)(de)(de)阻礙作用(yong),使(shi)其(qi)(qi)與兩(liang)表面之間(jian)產(chan)生(sheng)緊貼,間(jian)隙被填(tian)塞(sai)而(er)達(da)到(dao)密(mi)封(feng)的(de)(de)(de)(de)作用(yong)。填(tian)料密(mi)封(feng)的(de)(de)(de)(de)一(yi)端(duan)安裝有通氣(qi)(qi)孔，用(yong)來(lai)通入惰性氣(qi)(qi)體(ti)，可以減少(shao)主(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)以及其(qi)(qi)他(ta)精密(mi)部件(jian)的(de)(de)(de)(de)氧化(hua)，提高泵(beng)(beng)的(de)(de)(de)(de)使(shi)用(yong)壽命(ming)。本次(ci)設計(ji)使(shi)用(yong)的(de)(de)(de)(de)是(shi)圓錐滾子軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)，可以平衡泵(beng)(beng)運(yun)行(xing)時產(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)(de)徑向力和(he)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)向力。泵(beng)(beng)工作時軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)和(he)主(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)由于高速旋轉，會產(chan)生(sheng)大(da)量熱量，使(shi)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)箱(xiang)(xiang)內溫(wen)度升高，因此(ci)(ci)需要在軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)箱(xiang)(xiang)內兩(liang)端(duan)分別安裝下風葉(xie)和(he)上風葉(xie)用(yong)來(lai)散熱，防止溫(wen)度過高影響泵(beng)(beng)的(de)(de)(de)(de)運(yun)行(xing)效率。軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)箱(xiang)(xiang)上端(duan)是(shi)簧(huang)(huang)片(pian)聯軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)器，由簧(huang)(huang)片(pian)和(he)簧(huang)(huang)片(pian)套組成，其(qi)(qi)作用(yong)是(shi)連接軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)箱(xiang)(xiang)和(he)電機(ji)連接起(qi)來(lai)，起(qi)到(dao)傳遞(di)扭矩的(de)(de)(de)(de)作用(yong)。軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)箱(xiang)(xiang)結構如圖4.5所(suo)示。

圖4.5軸承箱

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結論

本(ben)文根(gen)據設(she)計(ji)任務書的(de)(de)(de)(de)要(yao)求計(ji)算出所(suo)需要(yao)的(de)(de)(de)(de)功率，軸徑(jing)等數據，完(wan)成(cheng)選型(xing)(xing)設(she)計(ji)。然后在CFturbo水(shui)力(li)設(she)計(ji)軟(ruan)(ruan)件(jian)中輸入(ru)泵的(de)(de)(de)(de)基本(ben)參數，分(fen)(fen)別設(she)置葉(xie)(xie)輪(lun)和(he)(he)導(dao)(dao)葉(xie)(xie)的(de)(de)(de)(de)軸面(mian)投影圖(tu)，葉(xie)(xie)片(pian)型(xing)(xing)線和(he)(he)葉(xie)(xie)片(pian)加(jia)厚，完(wan)成(cheng)泵的(de)(de)(de)(de)水(shui)力(li)模型(xing)(xing)設(she)計(ji)。將葉(xie)(xie)輪(lun)和(he)(he)導(dao)(dao)葉(xie)(xie)模型(xing)(xing)導(dao)(dao)出后進行網格劃(hua)分(fen)(fen)，然后在CFX仿真軟(ruan)(ruan)件(jian)里分(fen)(fen)別完(wan)成(cheng)泵在1.1，1.0和(he)(he)0.9倍流量(liang)工況下的(de)(de)(de)(de)仿真計(ji)算。對(dui)計(ji)算得出的(de)(de)(de)(de)數據和(he)(he)流場進行分(fen)(fen)析并提出優(you)化方案，修改水(shui)力(li)模型(xing)(xing)，直到水(shui)力(li)模型(xing)(xing)仿真結果中的(de)(de)(de)(de)揚程和(he)(he)效(xiao)率滿足設(she)計(ji)要(yao)求，流場優(you)秀。然后在3D軟(ruan)(ruan)件(jian)里抽取出葉(xie)(xie)輪(lun)和(he)(he)導(dao)(dao)葉(xie)(xie)對(dui)應的(de)(de)(de)(de)木模圖(tu)，最后在CAXA制圖(tu)軟(ruan)(ruan)件(jian)里完(wan)成(cheng)泵的(de)(de)(de)(de)總裝圖(tu)繪制。

（作(zuo)者：夏洪  指導(dao)老師：金永鑫）