反渗透海水淡化能量回收往复柱塞泵振动特性研究

论文摘要

目前反渗透海水淡化装置普遍存在能耗过高的缺点,加入能量回收装置可有效降低系统运行能耗和产水成本。为解决现有的能量回收装置结构复杂、体积大等问题,本文提出并设计了一种新型结构的反渗透海水淡化能量回收往复柱塞泵,并对其振动特性进行了分析。首先,本文对能量回收往复柱塞泵的工作原理进行了详细的阐述,根据具体技术参数对可实现高压、增压与能量回收功能的往复柱塞泵进行了设计计算并建立了三维模型;其次,建立了泵内流体运动模型和管道动力模型,基于二者的耦合边界条件建立了泵内管道的流固耦合动力学模型,并利用ANSYS有限元分析软件对能量回收往复柱塞泵的泵内管道进行了流固耦合仿真分析,得到了不同流动状态下流体对泵体位移和约束频率的影响,给出了泵内管道处容易产生疲劳变形的区域;再次,根据能量回收往复柱塞泵的具体工作参数对其传动曲轴进行设计计算,并对曲轴进行了自由模态分析和约束模态分析,通过对比分析了两种不同形式的模态频率与模态振型,得到了曲轴振动特性的主要表现形式与容易产生疲劳变形的部位;最后,通过模拟能量回收往复柱塞泵的工作情况,在ANSYS中对其进行了谐响应振动分析,得到了在工作过程中泵体的振动位移和应力的峰值及分布,并发现泵体的振动位移和应力存在不同敏感区域。本文设计了集高压、增压与能量回收为一体的反渗透海水淡化能量回收往复柱塞泵,并对其振动特性进行了研究,分析了泵体及传动关键部件的振动响应,可为其在工程应用中的进一步结构优化以及振动控制提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 课题的研究背景和意义
•   1.2 往复柱塞泵振动的研究及发展现状
•     1.2.1 往复柱塞泵振动研究概述
•     1.2.2 国外往复柱塞泵振动研究现状
•     1.2.3 国内往复柱塞泵振动研究现状
•   1.3 课题研究的主要内容
•   1.4 本章小结
• 第2章 能量回收往复柱塞泵振动理论及数值分析方法
•   2.1 ANSYS流固耦合数值模拟
•     2.1.1 流固耦合数值模拟方法
•     2.1.2 泵内管道流固耦合数学模型
•     2.1.3 泵内管道流固耦合动力学模型
•   2.2 ANSYS谐响应分析原理
•     2.2.1 谐响应分析简介
•     2.2.2 往复泵谐响应分析数学模型
•   2.3 本章小结
• 第3章 能量回收往复柱塞泵的设计
•   3.1 能量回收往复柱塞泵的工作原理
•   3.2 能量回收往复柱塞泵主要结构参数设计
•     3.2.1 能量回收往复柱塞泵给定技术参数
•     3.2.2 缸体设计
•     3.2.3 活塞、活塞杆设计
•     3.2.4 单向阀设计
•     3.2.5 管道接口设计
•     3.2.6 密封设计
•   3.3 能量回收往复柱塞泵曲轴设计
•     3.3.1 曲轴的结构特点和选择
•     3.3.2 曲轴的结构设计
•   3.4 本章小结
• 第4章 能量回收往复柱塞泵流固耦合仿真
•   4.1 往复泵内介质流动情况分析
•   4.2 往复泵流固耦合系统有限元模型
•     4.2.1 泵体三维模型
•     4.2.2 有限元分析模型
•   4.3 往复泵流固耦合仿真分析
•     4.3.1 流固耦合分析仿真平台
•     4.3.2 流固耦合仿真分析
•     4.3.3 流固耦合仿真分析结论
•   4.4 本章小结
• 第5章 能量回收往复柱塞泵曲轴有限元模态分析
•   5.1 曲轴模态分析简介
•   5.2 往复泵曲轴结构动力学分析方程
•   5.3 往复泵曲轴模型
•     5.3.1 三维实体模型
•     5.3.2 有限元模型与网格划分
•   5.4 往复泵曲轴模态分析
•     5.4.1 自由模态分析
•     5.4.2 约束模态分析
•     5.4.3 模态分析结论
•   5.5 本章小结
• 第6章 能量回收往复柱塞泵振动谐响应分析
•   6.1 能量回收往复柱塞泵有限元模型的建立
•     6.1.1 建立往复泵泵体三维模型
•     6.1.2 模型网格划分
•   6.2 能量回收往复柱塞泵载荷
•   6.3 能量回收往复柱塞泵的振动谐响应分析
•     6.3.1 谐响应分析仿真平台
•     6.3.2 泵体模态分析
•     6.3.3 泵体振动谐响应分析
•   6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的论文
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李琪

导师: 薛树旗,杨守志,纪运广

关键词: 能量回收,往复柱塞泵,流固耦合,模态分析,谐响应

来源: 河北科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学

单位: 河北科技大学

分类号: P747.5

总页数: 88

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