高速磁力驱动离心泵设计与研究

论文题目: 高速磁力驱动离心泵设计与研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 流体机械及工程

作者: 陈刚

导师: 孔繁余

关键词: 磁力泵,高速,磁转子,矩角特性,轴向力,有限元

文献来源: 江苏大学

发表年度: 2005

论文摘要: 磁力泵采用磁力传动,实现力矩的无接触传递,是为彻底解决机械传动泵轴封泄漏而设计的无密封、无泄漏、无污染的新型工业用泵。在车船等特定的使用场合,要求泵机组体积小、无泄漏,同时还要求泵具有高的性能参数。采用高速磁力泵可以满足这些特殊要求。高速磁力泵由变频电机直接驱动外磁转子,磁力穿越隔离套,使内磁转子旋转,内磁转子无轴封,实现无泄漏输送。高速磁力泵的特点是转速高、无轴封、无泄漏。本文结合某军工工程的实际需要,设计研制GCB90-70型400Hz高速磁力泵。分析了高速磁力泵磁转子的运行机理,利用数值方法求解了永磁体磁场,通过合理的结构设计解决了汽蚀、噪音,轴向力平衡等关键技术问题。磁力泵由于结构上的特殊性,决定了其能量损失构成因素的复杂性,且能量损失较其它类型泵大。本文在能量分析的基础上提出了以求效益最高为目标的单目标优化设计数学模型,为优化设计磁力泵效率提供了理论依据。在磁力泵的设计中,磁转矩计算十分重要,工程上常用的公式作为简易快速的计算方法具有一定的实用型。但是传统的基于磁路的计算只能求出永磁机构各部分的场量平均值而无法求出场的分布形态,这就意味着不能掌握永磁磁极在不同角度下的工作点。利用有限元软件对磁力传动的结构参数进行模拟、分析,可以准确计算场的分布,也避免了单纯利用实验方法进行设计时周期长、费用高的不足。内磁转子轴向力的平衡直接影响泵机组的寿命和运转的可靠性。在要求具有最小轴向尺寸的前提下,利用冷却循环回路来减小内磁转子右端轴向力的分布,同时冷却了滑动轴承和隔离套。经过实际运转证明各轴向力几乎达到完全平衡。作为一种高转速小流量的无泄漏泵,无论是从结构设计,水力设计和磁路设计等方面都不能完全照搬传统的设计经验。本文设计成功的高速磁力泵为今后类似产品的开发积累了经验,具有重要的实用价值。

论文目录:

第一章绪论

1.1 磁力泵技术发展综述

1.2 磁力泵的主要结构

1.3 高速磁力泵的主要技术

1.4 磁力泵高速小型化

1.5 本课题研究的主要内容和意义

第二章高速磁力泵转子的设计

2.1 概述

2.2 磁转子的设计原理

2.2.1 基本原理

2.2.2 磁转子的矩角特性

2.3 磁转矩计算

2.3.1 高斯定量求解法

2.3.2 经验公式求解法

2.3.3 稳定磁场耦合力的推导

2.4 磁转子能量损失分析

2.4.1 涡流损失分析

2.4.2 内磁转子的摩擦损失

2.4.3 冷却液引起的损失

2.5 磁转子传动的效率分析

2.5.1 能量损失的数学模型

2.5.2 磁转子长径比的选择

2.5.3 试验装置及原理

第三章永磁转子的电磁场数值计算

3.1 概述

3.2 有限元分析软件ANSYS概述

3.2.1 磁场有限元及ANSYS简介

3.2.2 ANSYS分析磁场问题

3.3 ANSYS优化设计磁力泵的永磁转子

3.3.1 ANSYS分析前处理

3.3.2 运行计算

3.4 分析后处理

3.4.1 不同转角差对转矩的影响

3.4.2 不同磁极数对转矩的影响

3.4.3 不同轭铁厚度对转矩的影响

3.4.4 不同永磁体厚度与气隙厚度对转矩的影响

3.4.5 理论计算值与磁场分析计算值的对比

第四章高速磁力泵的整体设计

4.1 高速磁力泵的结构及特点

4.2 技术参数及材料

4.3 磁力泵的高转速设计方案

4.3.1 转速的确定

4.3.2 泵的汽蚀与不稳定现象

4.4 主要结构尺寸的设计

4.5 轴向力平衡设计计算

4.5.1 内磁转子轴向力平衡条件

4.5.2 内磁转子轴向力的平衡设计

4.5.3 转子体轴向力计算

4.5.4 计算步骤总结

4.6 结论

第五章总结与展望

5.1 研究结果总结

5.2 今后的研究展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

发布时间: 2005-10-18

参考文献

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[3].高温应用中的磁力泵故障分析与研究[D]. 张立春.华东理工大学2016
[4].磁力泵的能耗研究及磁涡流场的模拟计算[D]. 臧群.江苏大学2006
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