基于流场计算的螺旋离心泵叶轮静力学分析.pdf

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1、FLUIDMACHINERYVo1．41，No．12，2013文章编号：1005—0329(2013)12—0022—05基于流场计算的螺旋离心泵叶轮静力学分析李彤。周建佳。袁寿其(江苏大学流体机械工程技术研究中心，江苏镇江212013)摘要：为研究螺旋离心泵叶轮结构的振动特性，首先建立螺旋离心泵内部流场三维模型，对设计工况下的螺旋离心泵内流场进行了定常数值模拟，得到了叶片表面的压力载荷分布；建立叶轮有限元模型，以螺旋离心泵全流道三维定常数值模拟计算结果为基础，利用顺序耦合技术进行了有预应力的叶轮静应力分析和模态分析，结果表明：叶轮的最大应力出现在叶片进口的轮毂处，叶轮强度满足设计

2、要求；叶轮最大的形变区域出现在叶片进El的轮缘处；叶轮的变形域随着频率的增加而增大；叶轮的各阶固有频率远大于泵的运行频率，因此在运行过程中不易发生共振现象。关键词：螺旋离心泵；静应力；模态分析；流固耦合中图分类号：TH311文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1005—0329．2013．12．005StaticAnalysisofScrewCentrifugalPumpImpelerBasedonFlowFieldNumericalSimulationLITong，ZHOUJian-jia，YUANShou—qi(ResearchCenterofFluidMach

3、ineryEngineeringandTechnology，JiangsuUniversity，Zhenjiang212013，China)Abstracts：Inordertoinvestthevibrationcharactersofthescrewcentrifugalpumpimpeller，the3-Dmodelofscrewcentrifugalpumpflowfieldweresetupfirst．ThesteadyturbulenceflowinthepumpWillssimulatedunderthedesignconditiontogetthepressured

4、istributiononthesurfaceoftheblades．Thenfoundedthefinitemodelofimpelerandthestaticpressureandmodala-nalysisweresetusingsequentialeouphngtechniquebasedonthesimulationresult．1]heresultsshowthatthemaximumequivalentstressoccursatthebladeconnectedtllthehubandtheintensityofimpellersatisfiesthedesignr

5、equirement：themaximumde-formationoftheimpeHerOCCUrsattheedgeofthebladeinlet；thedeformationdomainisenlargedwiththefrequencyascended．-I1leeignfrequenciesofimpellerarefarmorelargerthantheworkingfrequency．SOthepumpwilnotresonanceeasilyintheran一●nmgprocess·Keywords：screwcentrifugalpump；staticstress

6、；modalanalysis；fluid-solidinteraction．1前言螺旋离心泵作为一种新型杂质泵，将螺旋泵和离心泵融合为一体，其独特的结构使两者的优势得到充分发挥。与传统杂质泵相比，螺旋离心泵具有无堵塞性能好、无损性好、效率高、无过载等优点。J。螺旋离心泵叶轮如图1所示，其刚度性能关系到机组的运行安全L4J。许多研究表明，造成叶片疲劳断裂的原因是作用在叶片上的图1螺旋离心泵叶轮残余应力、静应力和振动交变动应力及其作用下本文利用CFD软件对螺旋离心泵全流道进叶轮叶片累计损伤造成的微裂纹和裂纹的扩展。行了计算，得到了叶轮叶片表面的水压力分布。收稿日期：2012—11—21

7、修稿日期：2013—11一l8基金项目：国家杰出青年科学基金资助项目(50825902)；江苏省自然基金攀登项目资助项目(BK2009006)；江苏高校优势学科建设工程资助项目2013年第4l卷第12期流体机械再通过顺序流固耦合方法进行Ⅱf轮结构应力场计[M]{}+[c]{6}+[K]{}={F}(5)算，并分析设计工况下其静应力特性，同时对叶轮式中[]——结构整体的质量矩阵进行模态分析，得到其固有频率和振型，为保证泵[c]——结构整体的阻尼矩阵的安全运行提供了重要依