[01021781]高效多级矿用抢险排水泵关键技术研究与开发

该项目针对原有泵的单级扬程及效率较低，轴端残余轴向力大、结构部件变形导致漏水与卡轴等结构性缺陷，综合利用CAD辅助设计技术、CFD流场模拟分析与Ansys结构模拟分析软件，分析缺陷原因，并结合试验研究，提升该泵相关的水力、机械、电机、可靠性水平，填补国内大型矿用抢险潜水泵的可靠性研究的空白。项目的完成，一方面为矿山企业提供高效排水以及抢险救灾的轻便可靠的潜水泵，另一方面，引领国内在潜水电泵大型化、高效率、高电压等级、高可靠安全性关键技术水平，代表了国内外发展趋势，将带动国内大型排水关键设备的生产和整体发展，提高了自主创新的能力，对泵行业的技术发展起到了良好的推动和指引作用。该项目在多级矿用抢险排水泵的研制与开发中综合利用多项现代水力设计方法、极大扬程设计法(又称极大直径设计法)和进口边扭曲的反导叶导流壳三维曲面设计法、轴向力平衡新方法；并基于非定常数值模拟的转子动力学特性研究、流固耦合动态特性分析与关键零部件的应力应变校核、优化电泵整体结构与制造工艺，在提高产品运行的可靠性与运行效率等方面取得重要突破。系统研究了新型多级多级矿用抢险排水泵结构及水力设计方法(专利ZL200410014937.0、ZL201010179446.7、ZL200510094815.1)，开发出多级泵叶轮、导叶，实现扬程-流量曲线下降陡峭一些，有助于提高水力效率。研制了极大扬程设计法(又称极大直径设计法)和进口边扭曲的反导叶导流壳三维曲面设计法(专利ZL200410014937.0、ZL200510094815.1)，有利于提高泵的单级扬程和泵效率，降低产品重量。采用轴向力平衡新方法与基于非定常数值模拟的转子动力学特性研究(专利ZL200510094815.1、ZL201320347776.1、ZL201120480757.7)，采用非对称布置的叶轮导叶结构，其轴向力可达到平衡，进一步采用切割末级叶轮后盖板的方式来完全平衡整泵转子的轴向力。研究流固耦合动态特性分析与关键零部件的应力应变校核(专利ZL201120480760.9、ZL201120480769.X)通过差值方法将定常分析所获得该工况点涡壳流道表面的水压力加载至涡壳流道所对应的节点上。通过流固耦合的方法计算其分别对应的最大应力变形和最大等效应力，并分析其不同的原因，计算安全系数，论证了非对称布置的多级泵同样符合泵的安全使用性能要求。优化电泵整体结构与制造工艺，提高产品运行可靠性与运行效率(专利ZL201010591094.6、ZL201420255181.8、ZL201320347775.7)，提高轴承的承载能力，增强转子的刚性。实现泵可靠运行，抗砂粒磨损，寿命长。该项目实施过程中，共申请专利50多项，取得专利授权20项，其中发明专利4项，发表相关技术论文20篇。2012-2014年度，累计增加产值11677万元，利税622万元。