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货油泵反转扭矩及其内部流场的研究

马文瑛  
【摘要】: 为了保证船用货油泵的安全运行,需要防止泵系统突然发生故障或者液体抽完时返回导致水泵反转,这是因为驱动货油泵的液压马达是不允许反转的,这就需要研究泵反转时反转扭矩的大小以确定泵的逆止器的型号。目前关于这方面的研究几乎没有相关报道,所以研究其反转扭矩的大小有着重要的理论意义和良好的应用前景。 本文利用FLUENT6.1软件,采用标准κ-ε方程紊流模型和SIMPLEC算法,以型号为YQB-80-70货油泵为研究对象,对该泵不同工况下的内部流场做了数值模拟。针对货油泵在断电瞬间液体倒流时会产生很大的力矩的实际情况,将不同流量下的反转工况进行了内部流场模拟,求解出了货油泵扭矩的最大值。最后对货油泵不同工况点的径向力做了计算。 研究得到的主要结论如下: 1.分析数值模拟的内部流场可得:在各个工况下,其压力和速度的分布规律和趋势基本一致。在设计工况下,叶轮流道位于隔舌处的静压和总压相对较高,小流量下尤为明显;蜗壳流道靠近叶轮出口处的速度与蜗壳内其他区域相比明显较高,说明在叶轮旋转过程中,各流道的水流流动随着在蜗壳中相对位置的不同而发生变化。 2.为了方便计算设定泵的出水高度为10m,则水泵开始反转的瞬间承受10m高水柱的重力与管道内压力之和.本文选择不同流量的工况点,以流量速度关系公式v=Q/(πR2)计算出一组不同工况点的进口速度,进行反转模拟并计算得到货油泵在各个工况点的M值。并将模拟得到的各工况点的正转扭矩、反转扭矩与设计时的扭矩值进行比较,得到正反转时相应流量点的扭矩值近似,其变化趋势基本一致;在工况点1.8Q时,反转扭矩值M=61.304Nm是最大扭矩值,针对本研究对象建议取1.8Q的反转扭矩来选择逆止器的型号最为合适;找到了正反转最大扭矩之间的关系(Mmax反转)/(Mmax正转)≈1.1,此结论证实是合理适用的,所以对于水泵来说可以取1.1倍的正转最大扭矩来确定逆止器的型号。 3.通过分析径向力原理,数值模拟计算出了五个工况点的径向力,进行比较并绘制了其随流量变化的曲线,得出在设计工况下即流量为1.0Q时径向力为最小值。


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