海水淡化高壓軸向柱塞泵的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、高壓泵是反滲透海水淡化工程中的關(guān)鍵元件。與目前廣泛使用的多級離心泵、往復(fù)泵相比，基于水液壓技術(shù)的全水潤滑軸向柱塞結(jié)構(gòu)的海水淡化高壓泵具有效率高、噪音低、體積小、易維護等優(yōu)點，適合在中小型反滲透海水淡化系統(tǒng)中使用。本文以研制中小型反滲透海水淡化系統(tǒng)中使用的高壓軸向柱塞泵為目標(biāo)，開展泵的特性及其關(guān)鍵技術(shù)研究，為水介質(zhì)軸向柱塞機械的研究和開發(fā)提供參考。
　　本文考慮了泵在工作過程中因海水的可壓縮性、高飽和蒸汽壓誘發(fā)空化等引起的彈性模量、

2、密度、動力粘度等流體屬性的變化，建立了泵柱塞腔壓力、泵柱塞腔內(nèi)部空化、泵柱塞腔吸排水流量、泵進出口流量、泵關(guān)鍵摩擦副內(nèi)泄漏流量和泵出口壓力的動態(tài)模型。與不考慮流體屬性變化的模型相比，該模型避免了仿真過程中絕對壓力出現(xiàn)負值等現(xiàn)象，并能對柱塞腔內(nèi)的空化、泵進口壓力過低造成的吸空進行估計。根據(jù)海水淡化高壓軸向柱塞泵的主要工作參數(shù)，通過對低粘度海水潤滑下完全平衡型滑靴副縫隙流動的流態(tài)分析，得到了完全平衡型滑靴副中固定阻尼區(qū)域一般處于湍流狀態(tài)，可

3、變阻尼一般處于層流狀態(tài)的結(jié)論，在此基礎(chǔ)上進行了完全平衡型滑靴副的設(shè)計?？紤]到滑靴體工程塑料覆蓋層在高壓水流下的微小變形對流動區(qū)域壓力場的影響，提出了基于流固耦合數(shù)值分析的修正方法。在國內(nèi)成功研制出適用于中小型反滲透海水淡化工程的高壓軸向柱塞泵，該泵采用全水潤滑端面配流結(jié)構(gòu)，額定工作壓力為8 MPa，額定轉(zhuǎn)速為1500 rpm。性能試驗結(jié)果表明該泵在額定工況下輸出的實際流量超過110 L·min-1，總效率超過80％。在反滲透海水淡化系統(tǒng)

4、中的實際應(yīng)用表明該泵性能穩(wěn)定、可靠性高，能夠在中小型海水淡化工程中替代同類進口產(chǎn)品。
　　第一章介紹了反滲透海水淡化工程中高壓泵技術(shù)的現(xiàn)狀，分析了軸向柱塞結(jié)構(gòu)高壓泵的優(yōu)勢，指出了本文的研究目的及意義，介紹了本文的主要研究內(nèi)容。
　　第二章建立了海水主要流體屬性隨壓力變化的模型，通過與軸向柱塞泵壓力流量特性方程組相結(jié)合，得到了基于海水流體屬性的海水淡化高壓軸向柱塞泵壓力流量特性模型，通過對模型的數(shù)值計算分析了泵的空化、壓力、流

5、量、泄漏和效率等特性。
　　第三章建立了海水淡化高壓軸向柱塞泵工作過程的動態(tài)CFD模型，對泵內(nèi)部的空化流動進行了數(shù)值模擬，在不同的泵入口壓力條件下，獲得了泵內(nèi)空化發(fā)生的位置和作用時間、柱塞腔吸排海水流量、泵出口截面的質(zhì)量流量和平均壓力脈動等特性。
　　第四章討論了海水潤滑滑靴副的設(shè)計方法，推導(dǎo)了海水潤滑完全平衡型滑靴副的設(shè)計計算公式。對采用了低彈性模量工程塑料的完全平衡型滑靴副的結(jié)構(gòu)場和流場進行了流固耦合分析，討論了微小彈性

6、變形對其靜壓支承性能的影響。
　　第五章分析了海水淡化高壓軸向柱塞泵主要零件的動力學(xué)特性，獲得了泵關(guān)鍵摩擦副的動態(tài)pv值數(shù)據(jù)。建立了海水淡化高壓軸向柱塞泵的虛擬樣機，綜合分析了泵主要零件的動力學(xué)特性、泵的壓力流量特性，獲得了主要零件的動態(tài)等效應(yīng)力和變形位移等數(shù)據(jù)。
　　第六章在水潤滑條件下對多種耐蝕金屬與聚醚醚酮配對進行了摩擦學(xué)試驗，獲得了相應(yīng)的摩擦磨損數(shù)據(jù)，分析了摩擦表面的微觀形貌，為海水淡化高壓軸向柱塞泵關(guān)鍵摩擦副配對材