两相流隔膜泵虚拟样机研究

论文摘要

固-液两相流隔膜泵属于往复泵的范畴（以下简称隔膜泵）,其推进液的关键部件采用橡胶隔膜,因此与其它往复式泵相比较除有结构简单特点外还兼有耐磨、耐腐蚀等特点,是输送高磨蚀介质的新一代往复泵。隔膜泵是所在工艺系统的心脏设备,因此,对其性能的可靠性也有很高要求。现在隔膜泵在流量、压力、温度、耐磨蚀性等都得到不断发展,应用领域也越来越广泛,比如在有色、化工、建材、煤炭、电力等行业都得到广泛的应用。在实际生产中隔膜泵需要根据用户的使用工况条件来定制设计,但是不同型号和类型的隔膜泵许多零件形状是相近的。因此,将隔膜泵的设计系列化和模块化对提高设计效率降低成本具有重要的现实意义。虚拟样机技术在隔膜泵设计中不断应用有助于隔膜泵进一步发展。本文选择以额定流量为100m3/11,额定排出压力8MPa的三缸单作用泵作为设计对象进行研究。首先分析了双缸双作用和三缸单作用隔膜泵的运动机理,之后利用Pro/e软件完成对三缸单作用隔膜泵机械部分,包括动力端、液力端、拖动端的建模和装配,对三缸单作用隔膜泵动力端重要的传动部件如曲轴、连杆进行较为细致的受力和运动分析,并利用MATLAB软件绘出了相关的仿真曲线为ANSYS分析提供相关依据,利用ADAMS软件对三缸单作用泵动力端的数学模型进行了运动学和动力学仿真分析,对设计的物理模型进行校验和分析,为进一步研究提供依据。由于隔膜泵的一些关键零部件在实际工作过程中会发生疲劳破损或断裂等意外,而影响到正常的使用寿命。本文利用ANSYS软件对隔膜泵曲轴进行分析,为更真实反映曲轴实际工作中的受载情况,分析中考虑惯性力,并对载荷边界条件不进行简化处理最后提出改进措施。利用ANSYS软件隔膜泵的隔膜进行了非线性的分析,并完成了对隔膜的优化设计,为隔膜设计提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 隔膜泵国内外研究现状及趋势
• 1.2.1 隔膜泵研究现状
• 1.2.2 国内外隔膜泵发展趋势
• 1.3 课题研究目的
• 1.4 课题研究的主要内容
• 1.5 本章小结
• 第2章 隔膜泵原理分析与虚拟样机的建立
• 2.1 隔膜泵的原理及特点分析
• 2.1.1 隔膜泵与其它往复泵的比较
• 2.1.2 隔膜泵的分类及原理
• 2.2 隔膜泵主要技术参数
• 2.2.1 隔膜泵的理论平均输出流量
• 2.2.2 隔膜泵的瞬时输出流量
• 2.2.3 隔膜泵的压力
• 2.3 三缸单作用隔膜泵虚拟样机的建立
• 2.3.1 隔膜泵液力端
• 2.3.2 隔膜泵动力端
• 2.3.3 隔膜泵电机减速器部装
• 2.3.4 隔膜泵的总装
• 2.4 本章小结
• 第3章 隔膜泵动力端动态仿真
• 3.1 动力学分析理论依据
• 3.1.1 MATLAB软件简介
• 3.1.2 ADAMS软件简介
• 3.1.3 ADAMS动力学分析理论
• 3.2 隔膜泵动力端动态特性分析
• 3.2.1 ADAMS中施加约束
• 3.3 各项仿真参数的设置
• 3.3.1 转速的设置
• 3.3.2 计算活塞受液体介质的压力
• 3.3.3 计算往复惯性力
• 3.3.4 计算旋转惯性力
• 3.3.5 设置综合活塞力
• 3.4 仿真结果与分析
• 3.4.1 活塞和十字头的位移
• 3.4.2 活塞的速度和加速度
• 3.4.3 曲轴的受力
• 3.5 本章小结
• 第4章 隔膜泵曲轴的静动态特性分析
• 4.1 曲轴的有限元分析
• 4.1.1 有限元法简介
• 4.1.2 ANSYS软件简介
• 4.2 曲轴的结构静力分析
• 4.2.1 曲轴模型的分析及建立
• 4.2.2 曲轴的网格划分
• 4.2.3 曲轴有限元模型施加边界条件
• 4.3 计算结果与分析
• 4.3.1 三拐两支撑曲轴结构分析结果
• 4.3.2 三拐四支撑曲轴结构分析结果
• 4.3.3 曲轴的疲劳强度校核
• 4.4 曲轴的模态分析
• 4.4.1 动力学分析简介
• 4.4.2 三拐四支撑曲轴的模态分析
• 4.4.3 结论及改进措施
• 4.5 本章小结
• 第5章 隔膜泵橡胶隔膜的有限元分析
• 5.1 橡胶隔膜简介
• 5.1.1 隔膜的分类及特点
• 5.1.2 隔膜材料
• 5.1.3 超弹性材料的本构关系
• 5.2 隔膜的有限元分析
• 5.2.1 ANSYS中的接触问题
• 5.2.2 隔膜有限元模型的建立
• 5.2.3 创建接触及分网
• 5.3 分析结果与讨论
• 5.3.1 隔膜的分析结果
• 5.3.2 隔膜结构的优化
• 5.3.3 结论及改进措施
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢