盘配流式海水柱塞泵设计及仿真研究

论文摘要

以天然淡水或海水作为介质的水压传动技术是当前国际上本学科前沿的、有广阔应用前景的一门新兴技术,由于它具有无污染、不燃烧、节约能源、工作介质易于获取等突出优点,正日益受到国内外工程界的广泛重视。本文所研究的海水柱塞泵是海水淡化系统中的关键元件,它为海水淡化系统提供高压海水,以完成整个海水反渗透淡化过程。海水淡化过程中的能源消耗是衡量这种海水淡化方式是否具备现实实用价值的关键因素,因此研究压力稳定、流量均匀、效率高、振动冲击小的海水淡化柱塞泵对反渗透海水淡化的发展有较大的促进作用。本文的中心任务是盘配流式海水柱塞泵设计及仿真研究。本文在综合分析了多种水液压泵的结构形式及其优缺点的基础上,确定了海水液压泵的总体结构;并对泵的主要结构参数、泵的运动学和动力学等特性进行计算;针对柱塞和缸孔间的PV值和泄漏进行仿真分析,在综合考虑了泄漏量和工艺性能的情况下选取柱塞和缸孔单边间隙为6~10μm;在详细分析配流盘压紧力和压紧力矩的基础上,对配流盘进行了设计。为了降低泵因气蚀和压力冲击引起的振动和噪声,分析了柱塞腔在预升压、预卸压过渡区的压力变化过程。对三角槽、三角矩形槽和U型槽等不同结构的减振槽的预升压、预卸压压力特性进行了仿真,仿真结果表明在配流盘预升压区和预卸压区分别采用U型槽和三角矩形槽有利于减小配流气蚀和压力冲击。此外本文还对柱塞的余隙容积、错配角的大小以及减振槽的正负遮盖形式等参数对配流过渡区压力特性的影响进行了仿真,得出了适当增加柱塞的余隙容积、取错配角不小于闭死角的一半以及减振槽采用负遮盖形式更有利于降低泵的振动和噪声的结论。利用有限元分析软件对以不锈钢材料为基体PEEK工程塑料嵌入配流表面的配流盘和氧化铝陶瓷材料的配流盘的应力应变进行仿真分析。通过仿真研究得出:配流盘的应力主要分布在配流盘高压配流窗口内,其大小由负载决定,应力的最大值出现在靠近配流盘内侧密封带的筋板处;两种材料配流盘的强度和应变都满足要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题的来源、目的和意义
• 1.2 国内外水液压泵的发展概况
• 1.3 海水液压泵设计的主要技术难点和关键技术
• 1.4 本文的主要研究内容
• 2 轴向柱塞泵的主体结构设计
• 2.1 泵总体结构方案选择
• 2.2 泵的主要结构参数的确定
• 2.3 泵的运动学和动力学分析及中心弹簧力设计
• 2.4 缸体轴的受力分析、强度校核
• 2.5 柱塞与缸孔受力及间隙泄漏分析
• 2.6 配流盘的结构设计及受力分析
• 2.7 本章小结
• 3 配流副压力特性仿真研究
• 3.1 闭死区间预升、释压力分析
• 3.2 各种减振槽减振效果仿真研究
• 3.3 柱塞余隙容积对预升、卸压梯度的影响
• 3.4 错配角的选择对减振槽减振效果的影响
• 3.5 正遮盖、负遮盖和零遮盖对于减振槽的减振效果的影响
• 3.6 本章小结
• 4. 配流盘有限元分析
• 4.1 配流盘受力分析及模型简化
• 4.2 不同材料配流盘仿真及结果分析
• 4.3 本章小结
• 5 全文总结和展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 存在的不足和工作展望
• 致谢
• 参考文献