高精度计量泵的泵阀运动规律分析及优化设计

论文摘要

计量泵是应现代流程工业连续生产而产生的一种新型泵。随着工艺水平的提升,要求严格控制介质输送量,以利节约成本,提高产品品质,进而对计量输送设备——计量泵的计量精度的要求越来越高;同时也要求其具有高性能、高精度和稳定的工作状态。本文针对计量泵计量精度及可靠性的问题,分别从泵阀运动规律、无泄漏密封装置及自动对中机构的开发等方面进行了理论分析、数值模拟及结构创新研究,将有助于提升高精度计量泵设计水平及产品的可靠性,促进计量泵产品的结构创新研究。主要研究工作包括:1.通过分析影响计量泵计量精度的因素,就计量泵本身而言,计量精度与其本身的流量调节机构、液力端的结构、进口压力和泵阀升程及滞后角有关。针对德国学者阿道尔夫提出的描述往复泵泵阀运动规律的二阶非线性微分方程存在的奇点问题,本文修正并重建了描述泵阀运动规律的精确微分方程组,为揭示泵阀运动对计量精度的影响提供理论依据。2.本文基于N-S方程和RNG湍流模型,采用CFX对泵阀内部二维不可压缩湍流流场进行数值模拟,计算流量、升程、滞后角在不同工况下的流场特性。结果表明:网格划分的质量和数量对计算结果有一定影响;滞后角对计量精度的影响较大,通过合理控制泵的升程,缩小滞后角,减少内漏,有助于提高计量精度。3.针对柱塞计量泵填料密封处存在的泄漏问题,提出了一种无泄漏密封装置。该装置通过一个密闭容腔收集柱塞密封处泄漏的介质,然后引入泵入口,防止介质外泄,从根本上解决了柱塞计量泵填料密封存在的泄漏问题,达到无泄漏输送介质的目的。4.针对传统的柱塞联结机构不足的分析,提出了一种柱塞自动对中机构,有效避免了柱塞和填料工作时发生的偏磨,减少了柱塞工作发热,提高了泵效;同时,延长了柱塞、衬套及填料的使用寿命,提高了计量泵运行可靠性。同时,借助ANSYS软件对其核心部件进行了分析。5.设计新型计量泵产品,应用无泄漏密封装置和自动对中机构,产品经用户使用后反应良好,能达到预期效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 主要符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 计量泵概述
• 1.1.1 计量泵定义及结构
• 1.1.2 计量泵的工作原理及特点
• 1.1.3 计量泵的研究现状
• 1.2 本文的研究目标及研究内容
• 1.2.1 本课题来源
• 1.2.2 研究目标
• 1.2.3 研究内容
• 第二章 影响计量泵计量精度的因素分析
• 2.1 计量精度简介
• 2.2 影响计量精度的因素
• 2.2.1 计量泵原动机的选择
• 2.2.2 流量调节机构
• 2.2.3 液力端机构
• 2.2.4 进口压力
• 2.2.5 泵阀升程与滞后角
• 2.3 小结
• 第三章 泵阀运动规律的数学方程模型
• 3.1 泵阀运动规律的数学模型
• 3.1.1 阀芯受力的平衡条件
• 3.1.2 流体运动连续方程
• 3.1.3 球阀运动方程
• 3.2 修正后的球阀运动方程数学模型
• 3.2.1 吸入阀数学模型的建立
• 3.2.2 排出阀数学模型
• 3.3 举例分析
• 3.4 小结
• 第四章 泵阀内流场模拟仿真及分析
• 4.1 流场模拟基本理论
• 4.1.1 计算流体力学概述
• 4.1.2 ANSYS CFX简介
• 4.1.3 技术路线
• 4.2 计算模型
• 4.2.1 控制方程
• 4.2.2 湍流模型
• 4.2.3 边界条件
• 4.2.4 控制方程的离散
• 4.2.5 流场数值计算方法
• 4.3 网格生成及划分
• 4.4 数值模拟
• 4.4.1 数值模拟基本参数
• 4.4.2 边界条件设定
• 4.5 计算结果及分析
• 4.5.1 后处理结果
• 4.5.2 结果分析
• 4.6 小结
• 第五章 无泄漏密封装置设计
• 5.1 传统填料密封
• 5.1.1 填料密封概述
• 5.1.2 填料密封的特点和结构设计
• 5.1.3 填料密封的泄漏
• 5.2 密封装置的结构优化
• 5.2.1 波纹管概述
• 5.2.2 结构工作原理
• 5.2.3 实例分析
• 5.3 小结
• 第六章 柱塞自动对中机构
• 6.1 传统柱塞连接机构
• 6.1.1 传统柱塞连接机构的运动分析
• 6.1.2 偏磨现象
• 6.2 新型柱塞自动对中机构
• 6.2.1 柱塞自动对中机构的工作原理
• 6.2.2 柱塞自动对中机构特点
• 6.3 半球体ANSYS有限元分析
• 6.3.1 ANSYS软件简介
• 6.3.2 半球体静力学分析
• 6.4 小结
• 第七章 全文总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 创新点
• 7.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间所做的科研工作