电梯举升用三螺杆泵泵体结构设计及仿真分析开题报告

1. 研究目的与意义

随着工业技术的不断发展，各种液体的输送显得尤为重要，而作为液体传动工具的三螺杆泵亦显得举足轻重。工业的发展对三螺杆泵提出了更高的要求，某些特定的行业用三螺杆泵的工作条件十分恶劣，研制和开发使用性能良好的三螺杆泵将带来广阔的社会效益和经济效益。为更好的满足特定工作条件的需要，本论文详细阐述了三螺杆泵的工作原理和结构特点，并在传统的设计理论体系基础上，利用现有的设计手段和工具，根据给定的流量、压力来设计和选取合适的三螺杆泵结构参数，完成对三螺杆泵结构设计计算、主要性能计算和影响因素分析，在此基础上利用三维建模手段，建立有效的三螺杆泵三维模型，对所设计的三螺杆泵进行简单运动仿真，为其性能进一步改进提供了一定参考。随着电梯行业飞速的发展，作为电梯行业重要分支的液压电梯的发展亦是方兴未艾。尤其是近年来国家旧房改造工程的推进与家用住宅电梯的风靡，极大地扩大了液压电梯的市场需求，推动了液压电梯市场的繁荣。液压电梯中举升用三螺杆泵的设计直接影响到电梯运行的平稳性和安全性。本课题以某型号电梯举升用三螺杆泵为设计对象，进行泵体结构设计并进行力学仿真分析。

2. 课题关键问题和重难点

三螺杆泵已广泛应用于机械、石油、化工、冶金、钢铁、电力、船舶、建材等行业，大量使用在这些行业中的液压、润滑、燃油、输送等领域，在许多场合三螺杆泵已完全替代离心泵、齿轮泵和往复泵，成为这些场合使用的首选产品。三根螺杆在啮合旋转时在齿型间形成了沿轴向匀速移动的密封腔，将液体由进口平稳地输送到出口。作用在齿面上的轴向活塞平衡。因此轴承仅受剩余轴向力。从杆是液压驱动的，仅克服由液体摩擦引起的扭距，主要起密封作用，而非传递动力元件。密封腔通过衬套上的回油管与吸入腔相通，压力受吸入腔的压力支配。密封腔上装有控制阀，调整阀弹簧可使密封腔获得较低的正压，防止气体进入和密封的干运转，预压弹簧可使轴封处产生一定的压力。腔内压力应在0.05～0.1mpa。本文主要解决关键问题为：

①　运行传统的辅助装置在控制电梯进行运行的时候，不能保证电梯进行平稳的移动，导致在电梯轿厢进行运行的时候，会出现电梯轿厢晃动严重的现象发生，会给电梯内部的人员造成恐慌。而本文三螺旋杆辅助装置主要解决电梯的不平稳的现象。

②　主要解决三螺杆泵和液压系统的配合。一般三螺杆泵是螺杆式式容积泵。在三螺矸泵中，由于主螺杆与从动螺杆上螺旋槽相互啮合及它们与衬套三孔内表面的配合，得以在泵的进口与出口之间形成数级动密封室，这些动密封室将不断把液体由泵进口轴向移动到泵出口，并使所输送液体逐级升压。从而形成一个连续、平稳、轴向移动的压力液体。三螺杆泵所输送液体为不含固体颗粒，无腐蚀性油类及类似油的润滑性液体，高粘度液体亦可通过加温降粘后输送，其温度不超过150度。

3. 国内外研究现状（文献综述）

主要对于其三螺杆采用流体力学进行分析和研究同时在此基础上建立相关仿真分析，主要分析其流体脉动特性，在对螺杆泵进行流体仿真,分析其流体脉动特性.并且针对某2000l/min低压大流量螺杆泵进行流体动力学分析,同时建立三螺杆泵三维流体计算方法.^[1]。同时相同方向研究还有我国学者裴宝义,创造了一种三螺杆泵，对于该泵主要连接则是阀体和流通管道之间压舱之间关系。这种方式进一步避免出现危险事故发生。泵体上设有与流通管道连通阀体,该阀体内设有与间隙连通泄压腔,阀体内对应泄压腔和进压腔。二者之间位置设有隔板,该隔板上用于连通泄压腔和进压腔通孔^[2]。在就是提出了三螺杆高压泵，高压则是进行了严格控制，主要防止螺杆变形及减少泵内泄漏。他以三螺杆泵为研究对象,将泵内温度场作为载荷施加在主,从动螺杆表面,并进行温度-结构耦合的数值模拟分析.研究不同工况下三螺杆泵内温度和工作扭矩使主,从动螺杆产生变形规律,并对从与主在各单独物理场作用下耦合作用变化进行统计。.结果表明:主,从动螺杆热变形比力矩变形更明显.随着工作温度升高,主,从动螺杆的热变形量增大,主,从动螺杆产生的热应力与工作温度呈正比关系;在同一工作温度下,主,从动螺杆在x,y,z3个方向的变形量均增加,而z方向的变形量远大于x和y方向的变形量^[3]。在此用新型公开了一种卧式三螺杆泵机组用钢板底座,这种底座可以水平板对称，同时也能保证原有铸造底座安装尺寸,保持了两种底座通用性和可替换性^[4]。会将油井工人采油过程为关键环节,,解决了杆管偏磨严重等诸多难题,实现了油井在线监测,无杆举升,降低了单井能耗,降低了生产成本和人工劳动强度。其中他认为喷射泵,气举等多种举升工艺,但是也存在能耗高,系统效率低,检泵周期短等诸多问题.比如巴彦河套jh1区块油藏埋深在300~680m,具有埋藏浅,地温梯度低,天然裂缝发育等特点.2018年陆续投产,经过3年的开发,根据地层岩性和供液情况,对举升工艺进行选型,通过应用抽油机,地面驱动螺杆泵,电潜螺杆泵,并配套功图量油,变频等技术,解决了油井举升能耗高,杆管偏磨严重等诸多难题,实现了油井在线监测,无杆举升,降低了单井能耗,生产成本和人工劳动强度^[5]。

综述所述对于三螺杆泵的研究大部分都是停留在仿真分析上，但是在对于泵体结构的设计涉及的非常的少，因此所以需要对于泵的结构在本次研究中作为主要重要的研究的对象要进行涉及。同时本文在结构设计过程中需要将泵体应用场景也是需要比较好的考虑进去，只有这样后续设计的泵体才能更加合适。

参考文献

4. 研究方案

结构设计

三螺杆泵由一根主动螺杆,两根从动螺杆和衬套组成。主动螺杆为凸型双头螺纹,从动螺杆为凹型双头螺纹,两者的旋向相反。三螺杆泵是由主动螺杆直接带动从动螺杆,由于螺杆互相接触,所以不适合用于输送腐蚀性介质。因不用同步齿轮传动,其结构相对简单、零部件少、体积小、重量轻,对输送清洁、无腐蚀性的润滑油等介质,选用三螺杆泵更为经济）。

螺杆泵结构设计相关因素选用螺杆泵时,首先要考虑的因素是工作条件,其次应考虑所需流量、液体浓度和工作压力等。系统设计应了解介质特性、终端使用要求和环境条件,还应了解流率是恒定的还是变化的,是单一管线输送还是管网输送,是闭合管路还是非闭合管路。介质特性。被输送介质特性对泵的选择有重要的影响,应主要考虑介质的腐蚀性和化学成分,蚀性和酸性介质对泵有损害,输送此类介质时应选择泵的材料;当输送的介质温度高于90℃时,应考虑泵的材料及膨胀系数、机械密封部件和填充材料等;在输送如工业废浆类磨蚀性介质时,应考虑其中的固体颗粒大小、硬度和体积百分率;液体的比重是在特定条件下液体的浓度与水的浓度之比,比重对提升和输送液体所需的能量有影响,在选择泵动力时必须考虑;液体汽压是液体由液态转变为汽态单位面积所受压力,取决于液体的化学和物理特性,考虑液体的汽压有助于减少气穴现象;由介质粘度可得出介质运动的阻力,介质的动粘滞性随温升而变化,系统设计时应了解介质在输送时最低温度状态下的粘度,高粘度介质降低螺杆泵性能,并增大所需功率）。终端使用要求。主要指系统的流量和压力差。应根据泵的设计流量或系统所需的每分钟排泄量,精确设计输送系统、建立系统性能曲线、选择泵的规格和驱动马达。由给出的恒定流率可得出满足使用要求的压力差,通过节流阀和变换转速可改变流量的大小。普通泵需要较好的抽真空条件,螺杆泵有自吸功能,对抽真空的要求不高。螺杆泵仅需很小的吸入压力就可消除存在的气蚀现象,气蚀不排除,会降低泵的流量。环境条件。主要考虑的是环境温度和湿度、海拔高度、安装在室内还是室外）。

5. 工作计划

2023.1.2～2023.1.15 完成译文翻译，查阅文献，完成开题报告并上传毕设网。

2023.1.16～2023.2.5 指导老师审核译文和开题报告，根据指导老师意见完成修改。

2023.3.20～2023.3.26 在“毕设网”上完成“中期检查报告”的填写，指导老师完成中期任务的审核。