【子领域应用举例】泵

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泵是输送液体或使液体增压的机械,是工业的心脏,在国民经济的发展中一直发挥着十分重要的作用。泵的种类很多,大致可分为离心泵、柱塞泵、液压泵等。泵在关系到国家经济和国防安全的能源、石化、泵、航天、钢铁、军工等重要领域就有大量应用。


按工作原理分,泵可分为叶片式泵、容积式泵和其他类型的泵。


  • 叶片泵是利用高速旋转的叶轮将叶片间的液体从叶轮中心甩向叶轮外缘,从而达到泵送流体的作用。其应用最为广泛,如离心泵、轴流泵、混流泵等。
  • 容积式泵是依靠工作元件在泵缸内作往复或回转运动,使工作容积交替地增大和缩小,以实现液体的吸入和排出。如活塞泵、柱塞泵、齿轮泵、螺杆泵等。
  • 其他类型的泵是指以除了上述两种以外的方式传递能量的一类泵。例如:射流泵是依靠高速喷射出的工作流体,将需要输送的流体吸入泵内,并通过两种流体混合进行动量交换来传递能量;水锤泵是利用流动中的水被突然制动时产生的能量,使其中的一部分水压升到一定高度;电磁泵是使通电的液态金属在电磁力作用下产生流动而实现输送


多级离心泵



隔膜泵

泵的结构通常来说比较复杂、运行条件也是千差万别,甚至有时候会非常恶劣。在泵的研发和运行过程中通常需要考虑的主要物理问题有:


(1)、过流部件设计(对叶片泵而言,水力设计是最核心的内容之一);

(2)、结构件强度及刚度校核;

(3)、结构件刚度校核;

(4)、泵体散热分析;

(5)、机械振动及噪声分析;

(6)、零部件的疲劳寿命分析;

(7)、结构优化;

(8)、机组启停特性分析;

(9)、事故条件下的机组水锤特性分析等。


随着现代CAE仿真技术的日趋成熟,采用ANSYS软件解决以上问题已经成为现实。企业对新产品的研发可以在试验、经验的基础上结合这种先进的研发手段,从而提升研发设计能力、节省产品开发成本、缩短开发周期,从而大幅度提高企业的市场竞争力。CAE仿真技术在解决、泵产品研发过程中部分常见工程如下。


1、泵领域相关应用


  • 叶片泵的水力设计与优化
  • 泵的内、外特性分析
  • 泵体的热特性分析
  • 泵的强度、刚度分析
  • 泵机组的振动分析
  • 泵轴的转子动力学分析
  • 泵零部件工艺成形仿真


混流泵水力设计



混流泵三维/准三维流场分




离心泵叶盘等效应分析


多级泵模态分析


2、泵相关仿真软件模块


一维设计工具:Vista CCD,CPD等系列

叶片设计工具:BladeGen,BladeModeler

叶栅网格生成工具:TurboGrid

高级网格生成工具:IcemCFD

结构仿真分析:ANSYS Mechanical,nCode Designlife

流体仿真分析:ANSYS CFX,Fluent

流固耦合分析:ANSYS FSI

液压控制仿真分析:HypNeu

优化设计分析:Ansys DesignXplorer,optiSLang

多学科优化和拓扑优化:VR&DGensis

锻造成形仿真:Deform

铸造成形仿真:NovaCast

作业调度与高性能计算:PERA.Grid、ANSYS HPC

协同仿真环境及仿真流程与数据管理:ANSYS Workbench、EKM