大扬程气动泵的工作过程计算机仿真与非线性动态特性研究

论文摘要

大扬程气动泵一改普通水泵采用电动机作为动力源的传统,而采用清洁、环保的高压气体作为动力源。高压气体推动泵体内活塞在缸体内运动,改变缸体各腔室内压力,水在负压和正压的交替作用下,从低位输送到高位。大扬程气动泵具有清洁、环保、防火、防爆等特点,特别适合在矿井这种易燃、易爆的环境下工作。该泵可以根据实际工况对扬程高度的需要,合理选择高压气体的供气压力,使其效率最大化,合理利用能源。本文主要利用热力学气动冲击理论和运动学方程,对该泵的工作过程建立相应的数学模型；应用相关仿真工具,对建立起来的数学模型进行描述、仿真；对仿真结果进行分析,得到泵的相关特性,来指导泵的设计和优化。本课题具有重要的实用价值,本文研究的主要内容有：(1)对大扬程气动泵的内部结构进行设计,包括：换向装置结构设计,与吸、压水管相连的单向阀设计,活塞、辅助阀和阀的设计等。阐述该泵的工作原理和工作过程。(2)应用热力学气动冲击理论和运动学方程,对大扬程气动泵的工作过程建立相关数学模型。对泵的活塞、辅助阀和阀分段建立数学模型,对其运动过程进行详细的数学描述。(3)利用C语言对建立的数学模型进行编程仿真,得到仿真数据结果,应用Orgin绘图软件对仿真数据进行曲线绘制,得到数值模拟仿真曲线。给定不同的供气压力,得到相应的仿真结果。(4)对大扬程气动泵的仿真结果进行分析,绘制活塞、辅助阀和阀的位移速度相图,得到泵的非线性动态特性。利用仿真结果,计算该泵在不同供气压力条件下的流量、扬程和效率特性。根据实际工况要求,合理选择供气压力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究目的与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外水泵研究现状
• 1.2.2 国内水泵研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 大扬程气动泵的结构设计
• 2.1 大扬程气动泵的结构
• 2.2 大扬程气动泵的工作原理
• 2.2.1 大扬程气动泵的工作原理
• 2.2.2 大扬程气动泵的工作过程
• 第3章 大扬程气动泵的数学模型
• 3.1 大扬程气动泵建立数学模型的理论基础
• 3.2 活塞的运动模型
• 3.2.1 活塞从右向左运动阶段
• 3.2.2 活塞从左向右运动阶段
• 3.3 辅助阀的运动模型
• 3.3.1 辅助阀从右向左运动阶段
• 3.3.2 辅助阀从左向右运动阶段
• 3.4 阀的运动模型
• 3.4.1 阀从右向左运动阶段
• 3.4.2 阀从左向右运动阶段
• 第4章 大扬程气动泵的数值模拟仿真
• 4.1 仿真所需软件及其工具
• 4.1.1 C语言的简介
• 4.1.2 Microsoft Visual C++6.0的简介
• 4.1.3 Origin的简介
• 4.2 算法
• 4.2.1 整体工作流程图
• 4.2.2 换向装置工作流程图
• 4.3 数值模拟仿真结果
• 4.3.1 初始和目标参数的确定
• 4.3.1.1 物理参数和尺寸参数
• 4.3.1.2 运动部件的移动范围
• 4.3.1.3 目标参数
• 4.3.2 仿真结果
• 4.3.2.1 6个大气压作为气源
• 4.3.2.2 7个大气压作为气源
• 4.3.2.3 8个大气压作为气源
• 4.3.2.4 5个大气压作为气源
• 第5章 气动泵性能参数及非线性动态特性分析
• 5.1 流量特性分析
• 5.2 效率特性分析
• 5.3 非线性动态特性分析
• 5.3.1 不同气压下的位置速度相图
• 5.3.2 相图的实际分析
• 5.4 根据实际合理供气
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 创新点
• 6.3 展望
• 参考文献
• 致谢