多級礦用搶險排水泵的優(yōu)化設計及結構分析.pdf

1、我國煤礦開采量大，煤礦安全設施卻相對落后，煤礦透水事件時有發(fā)生。在我國，頻發(fā)的礦山水災嚴重影響著我國資源開采以及經(jīng)濟的發(fā)展，而大型礦用搶險排水泵是礦井水災搶險中最為有效的設備之一。大型礦用搶險排水泵是將泵與潛水電機組裝在一起的搶險排水設備，它的潛水運行環(huán)境決定了啟動時無需灌水，運行方便。
　　隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，對能源的需求日益增加，我國的煤礦開采行業(yè)的規(guī)模也日益擴大，同時對安全生產(chǎn)的要求也越來越高，因此對多級礦用搶險排水泵的需求

2、也得以迅猛增長。然而，多級礦用搶險排水泵的工作條件比較惡劣，且自身設計及加工技術的局限性，決定了國內(nèi)礦用搶險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礦用搶險排水泵的平均首次無故障運行時間可達10000h左右，而國內(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)定運行的工況嚴重影響了產(chǎn)品的性能以及搶險救災的效率。
　　本課題研究對象為BQ200-1600/20型多級礦用搶險排水泵，針對泵的揚程、效率較低，中段級間

3、漏水，長時間運行出現(xiàn)抱軸等現(xiàn)象進行水力優(yōu)化及結構優(yōu)化。針對軸端殘余軸向力過大的結構性缺陷，推力盤軸承需要承受很大的軸向力，特別是級數(shù)達到二十級時，甚至會接近推力盤軸承承載的臨界值，在運行中破壞推力盤軸承，這將導致轉子部件軸向竄動，泵不能正常搶險救災。本文從完善葉輪導葉的水力設計，軸向力平衡，結構缺陷優(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，提出一系列滿足設計要求的優(yōu)化方案。主要工作如下:
　　(1)根據(jù)多

4、級礦用搶險排水泵的技術參數(shù)的要求，對BQ200-1600/20型多級礦用搶險排水泵的葉輪、導葉水力性能進行優(yōu)化設計。
　　(2)利用UG軟件對泵的水體域進行建模，利用ANASYS中的ICEM組件對泵的水體域劃分網(wǎng)格，并用CFX組件進行流體域的計算以及結果處理，將泵BQ200-1600/20的簡化模擬外特性結果與實驗結果進行對比。
　　(3)用傳統(tǒng)經(jīng)驗公式結合數(shù)值模擬的方法計算出20級含葉輪的轉子系統(tǒng)總軸向力，根據(jù)計算結果分析

5、非對稱布置結構的具體方案，可抵消大部分軸端軸向力，用切割進口段末級葉輪后蓋板的方法可抵消剩余軸向力，并通過幾組計算找到最終的切割尺寸。
　　(4)用傳統(tǒng)方法計算出泵的第一臨界轉速，并用ANSYS Workbench組件對轉子系統(tǒng)進行干模態(tài)的計算，對比對稱布置和非對稱布置的固有頻率和臨界轉速的差異，論證多級礦用搶險排水泵非對稱布置正常運轉的可行性。
　　(5)對泵的主要承壓過流部件進行結構分析，通過對主要承壓段過流部件水體建模