化工用离心泵机械传动结构优化与抗汽蚀技术研究

李兆忠，王书泉，张宝峰

（山东鲁北企业集团总公司，山东 滨州 251909）

摘  要：针对化工离心泵存在传动效率低以及汽蚀损伤严重的问题，运用有限元方法对传动结构开展多目标优化工作，借助轴径调整、长径比优化、轴肩过渡改进等具体措施来提升传动性能，建立CFD模型，深入分析汽蚀发生的机理，通过叶片几何优化和流道改进的方式降低汽蚀敏感性，提出将碳化钨涂层与纳米化处理相结合的复合抗汽蚀技术。最终结果显示，传动效率从原本的84.0%提升到了92.3%，汽蚀余量降低了35.7%，设备的使用寿命延长了1倍，为化工离心泵的性能提升提供了有力的技术支撑。

关键词：离心泵；传动结构；抗汽蚀；结构优化；CFD仿真；性能测试

化工离心泵作为化工生产中的关键设备，其可靠性直接影响生产效率与安全性。传统离心泵在输送高温、强腐蚀、高黏度等特殊化工介质时面临传动效率低、汽蚀严重等问题，这些问题不仅影响设备正常运行，还可能导致意外停机和安全事故。国内外研究主要集中在材料改性和表面处理方面，如采用耐腐蚀合金、陶瓷涂层等技术手段，但对机械传动结构与抗汽蚀技术的系统研究相对不足。现有研究多采用单一技术路线，缺乏综合优化方法，难以实现传动效率与抗汽蚀性能的协同提升。汽蚀现象作为制约离心泵性能的关键因素，其复杂机制使得传统防护方法效果有限。本研究采用理论分析、数值仿真与实验验证相结合的方法，旨在提高化工离心泵在极端工况下的传动效率和抗汽蚀能力，延长设备使用寿命。

1 传动结构设计及优化

1.1 结构优化设计与仿真

1.1.1 优化目标与约束条件

传动结构优化设计采用多目标优化理论，建立以传动效率最大化、应力集中最小化以及质量轻量化为目标函数的数学模型『”，优化目标函数见式（1）。

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