多級(jí)礦用搶險(xiǎn)排水泵的優(yōu)化設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)分析.pdf

1、我國(guó)煤礦開采量大，煤礦安全設(shè)施卻相對(duì)落后，煤礦透水事件時(shí)有發(fā)生。在我國(guó)，頻發(fā)的礦山水災(zāi)嚴(yán)重影響著我國(guó)資源開采以及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，而大型礦用搶險(xiǎn)排水泵是礦井水災(zāi)搶險(xiǎn)中最為有效的設(shè)備之一。大型礦用搶險(xiǎn)排水泵是將泵與潛水電機(jī)組裝在一起的搶險(xiǎn)排水設(shè)備，它的潛水運(yùn)行環(huán)境決定了啟動(dòng)時(shí)無(wú)需灌水，運(yùn)行方便。
　　隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)能源的需求日益增加，我國(guó)的煤礦開采行業(yè)的規(guī)模也日益擴(kuò)大，同時(shí)對(duì)安全生產(chǎn)的要求也越來(lái)越高，因此對(duì)多級(jí)礦用搶險(xiǎn)排水泵的需求

2、也得以迅猛增長(zhǎng)。然而，多級(jí)礦用搶險(xiǎn)排水泵的工作條件比較惡劣，且自身設(shè)計(jì)及加工技術(shù)的局限性，決定了國(guó)內(nèi)礦用搶險(xiǎn)排水泵的使用壽命較短。據(jù)調(diào)查，西德的大型礦井中多級(jí)礦用搶險(xiǎn)排水泵的平均首次無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間可達(dá)10000h左右，而國(guó)內(nèi)產(chǎn)品平均只有1200h左右，具有明顯的差異性，且該泵不穩(wěn)定運(yùn)行的工況嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的性能以及搶險(xiǎn)救災(zāi)的效率。
　　本課題研究對(duì)象為BQ200-1600/20型多級(jí)礦用搶險(xiǎn)排水泵，針對(duì)泵的揚(yáng)程、效率較低，中段級(jí)間

3、漏水，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行出現(xiàn)抱軸等現(xiàn)象進(jìn)行水力優(yōu)化及結(jié)構(gòu)優(yōu)化。針對(duì)軸端殘余軸向力過(guò)大的結(jié)構(gòu)性缺陷，推力盤軸承需要承受很大的軸向力，特別是級(jí)數(shù)達(dá)到二十級(jí)時(shí)，甚至?xí)咏屏ΡP軸承承載的臨界值，在運(yùn)行中破壞推力盤軸承，這將導(dǎo)致轉(zhuǎn)子部件軸向竄動(dòng)，泵不能正常搶險(xiǎn)救災(zāi)。本文從完善葉輪導(dǎo)葉的水力設(shè)計(jì)，軸向力平衡，結(jié)構(gòu)缺陷優(yōu)化等方面考慮，采用更加合理的方案提高泵的水力性能，平衡軸端軸向力，提出一系列滿足設(shè)計(jì)要求的優(yōu)化方案。主要工作如下:
　　(1)根據(jù)多

4、級(jí)礦用搶險(xiǎn)排水泵的技術(shù)參數(shù)的要求，對(duì)BQ200-1600/20型多級(jí)礦用搶險(xiǎn)排水泵的葉輪、導(dǎo)葉水力性能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　(2)利用UG軟件對(duì)泵的水體域進(jìn)行建模，利用ANASYS中的ICEM組件對(duì)泵的水體域劃分網(wǎng)格，并用CFX組件進(jìn)行流體域的計(jì)算以及結(jié)果處理，將泵BQ200-1600/20的簡(jiǎn)化模擬外特性結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。
　　(3)用傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)公式結(jié)合數(shù)值模擬的方法計(jì)算出20級(jí)含葉輪的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)總軸向力，根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析

5、非對(duì)稱布置結(jié)構(gòu)的具體方案，可抵消大部分軸端軸向力，用切割進(jìn)口段末級(jí)葉輪后蓋板的方法可抵消剩余軸向力，并通過(guò)幾組計(jì)算找到最終的切割尺寸。
　　(4)用傳統(tǒng)方法計(jì)算出泵的第一臨界轉(zhuǎn)速，并用ANSYS Workbench組件對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行干模態(tài)的計(jì)算，對(duì)比對(duì)稱布置和非對(duì)稱布置的固有頻率和臨界轉(zhuǎn)速的差異，論證多級(jí)礦用搶險(xiǎn)排水泵非對(duì)稱布置正常運(yùn)轉(zhuǎn)的可行性。
　　(5)對(duì)泵的主要承壓過(guò)流部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，通過(guò)對(duì)主要承壓段過(guò)流部件水體建模