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(jí)離心泵、往復(fù)泵相比，基于水液壓技術(shù)的全水潤(rùn)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(hù)等優(yōu)點(diǎn)，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(jī)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(dòng)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(jìn)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(dòng)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(duì)壓力出現(xiàn)負(fù)值等現(xiàn)象，并能對(duì)柱塞腔內(nèi)的空化、泵進(jìn)口壓力過低造成的吸空進(jìn)行估計(jì)。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(duì)低粘度海水潤(rùn)滑下完全平衡型滑靴副縫隙流動(dòng)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(jìn)行了完全平衡型滑靴副的設(shè)計(jì)?？紤]到滑靴體工程塑料覆蓋層在高壓水流下的微小變形對(duì)流動(dòng)區(qū)域壓力場(chǎng)的影響，提出了基于流固耦合數(shù)值分析的修正方法。在國(guó)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(rùn)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(yàn)結(jié)果表明該泵在額定工況下輸出的實(shí)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(shí)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(jìn)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(shì)，指出了本文的研究目的及意義，介紹了本文的主要研究?jī)?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(duì)模型的數(shù)值計(jì)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(dòng)態(tài)CFD模型，對(duì)泵內(nèi)部的空化流動(dòng)進(jìn)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(shí)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(dòng)等特性。
　　第四章討論了海水潤(rùn)滑滑靴副的設(shè)計(jì)方法，推導(dǎo)了海水潤(rùn)滑完全平衡型滑靴副的設(shè)計(jì)計(jì)算公式。對(duì)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(chǎng)和流場(chǎng)進(jìn)行了流固耦合分析，討論了微小彈性

6、變形對(duì)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(dòng)力學(xué)特性，獲得了泵關(guān)鍵摩擦副的動(dòng)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(jī)，綜合分析了泵主要零件的動(dòng)力學(xué)特性、泵的壓力流量特性，獲得了主要零件的動(dòng)態(tài)等效應(yīng)力和變形位移等數(shù)據(jù)。
　　第六章在水潤(rùn)滑條件下對(duì)多種耐蝕金屬與聚醚醚酮配對(duì)進(jìn)行了摩擦學(xué)試驗(yàn)，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(duì)材