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磁力驱动离心泵采用磁力传动,实现力矩的无接触传递,是为彻底解决机械传动泵轴封泄露而设计的无轴封、无泄漏、无污染的新型工业用泵。随着磁力泵在石油化工、军工、医药等领域的广泛使用,它的效率和安全可靠性越来越受到关注。目前在磁力泵的研究和制造中主要存在以下问题:磁性联轴器内的磁路解析和求解、隔离罩的涡流损失、高温问题、滑动轴承及冷却问题、磁力泵的传动效率问题,这些都在一定程度上限制了磁力泵的推广和应用,本文基于国内外学者研究成果的基础上,探讨分析了磁力泵磁性联轴器磁场特性,并利用有限元分析软件对隔离罩进行结构优化,主要研究内容如下:
1.分析磁力传动机理及磁性联轴器的参数计算,探讨磁性联轴器设计的原理及应用研究的技术动态。总结工程设计中常用的扭矩计算方法、磁力计算公式以及磁力泵设计方法。
2.基于磁力泵的特殊结构,构成其能量损失的因素具备相应的复杂性,本文对磁力泵各项功率损失进行分析,包括产生原因、影响及控制方法,并在分析的基础上建立了以效益最高为目标的优化设计数学模型,为设计高效磁力泵提供参考依据。
3.基于电磁场理论以及有限元数值方法,利用ANSYS软件中的电磁场分析模块,对磁性联轴器的磁场分布进行模拟计算,分析不同角度下矢量磁势、磁感应强度、磁通密度的分布情况,同时对影响磁性联轴器性能的各项参数进行优化,如内外磁转子厚度、气隙厚度、轭铁厚度以及永磁体的材料特性等,并将计算结果与试验值进行对比分析,研究表明,磁力泵各结构参数对磁性联轴器性能均存在共同影响,因此磁性联轴器并不适用单一参数优化。
4.结合工厂零件改进,利用有限元分析软件ANSYS对磁力泵的主要部件隔离罩进行了结构的优化设计,分析了隔离罩各个位置的变形和应力分布状况,最后把通过优化获得的结果和原始的设计结构尺寸从应力和位移两项指标进行对比。利用ANSYS即可完成结构的应力和寻优计算,不但可以进行结构计算,满足设计规定中的约束条件,同时也实现了目标最优,对实际生产具有一定指导意义。