高压除鳞泵叶轮设计分析.pdf

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1、b。焘群熬淼山东博泵科技股份有限公司(淄博2552001翟鲁涛荏原博泵泵业有限公司(山东淄博255086)郭秀红I搞曼】针对两种约束条件(叶轮内孔、键侧自)、两种叶轮盖板厚度(75mm、1Omm)，叶高压除辩泵叶轮进行7设计分析。对分析输出加眦比较后得出：几种情况下叶轮均有充裕的安奎系数，且约束条件为叶轮内孔时，叶轮的安奎系数较大，对于两种叶轮盖扳犀度，分析输出相差不大，经验设计值75mm可行；应力最大值通常位于叶H进口厦稍后邙位与前，后盖板的相交赴。I关髓词】高压除鳞泵叶轮设计分析一、前言随着现代化的发展，市场对钢材表面质量的要求越来越高

2、。目前，国内外许多大、中型轧钢厂都设有高压水除鳞系统，在改善产品质量方面取得了明显效果。高压除鳞泵是高压水除鳞系统的“心脏”，该泵为除鳞系统提供高压水．通过高速水流的喷射将钢坯上80一慧e“l20。。的氧化铁皮厦时除去．以降低轧制钢板的表面粗糙度值和外观质量。高压除鳞泵多采用定速驱动，该场合下．泵的运行工况需要在规定工况和最小流量点工况之间进行切换：喷射除鳞时运行在规定工况；待机时运行在最小流量点工况。而且这种切换非常频繁，一般从几分钟一次至一分钟两三次。故高压除鳞泵除了必颁达到规定的能量性能参数之外，还应能耐受交变载荷，以及喷射阀快速开闭

3、引起的压力突变。为确保高压除鳞泵的可靠性，有必要对主要零件进行设计分析。其中，叶轮正常运行时处于高速旋转状态(本文所涉泵转速为4379dmin)，不仅决定着泵的能量性能，还影响着泵的运行稳定性．必须对其进行一系列的设计分析。I)所设计的叶轮是否有充裕的强度．需要事先进行校核。2)叶轮盖板厚度的经验设计值为75ram，该设计值是否可行，增加该厚度是否有利于提高叶轮强度，也需要事先进行分析。3)需要事先确定叶轮的危险部位，以便干对这些部位进行优化设计．并优先确保这些部位的制造质量。为解决以上问胚，使用SolidWorks!维产品设计软件：ffl

4、COSMOSWorksProfessional设计分析软件进行了叶轮设计分析。由于第二级以后的叶轮的外径比首级叶轮大．故正常运行时的应力和变形都比较大，因此本次分析主要针对末级叶轮(第二绶以后的叶轮水力模型相同但结构稍有不同)进行。二、分析步骤和过程1输入材料属性高压除鳞泵的叶轮材料为2。不锈钢(自主开发牌号)．该材料的力学性能见表J。裹1叶轮材料的力学性能<)0)围2约束条件确定3确定载荷条件在高速旋转的条件下，从整体来考虑，影响叶轮冶金／矿m通用机械‘MhzMetq

5、

6、H?eIcm&MhlehrdustO强度的主要因素是离心力载荷。基于

7、此，设计分析时只考虑离心力载荷。将泵的转速输入，即确定了叶轮的载荷条件，如图3所示。蔷》+巴，围3载荷条件确定4分析输出为探讨叶轮盖板厚度耐叶轮强度的影响，分别取叶轮盖板厚度为75mm和10ram，井分别根据前述的两种约束条件，共计进行了四组分析。1)约束条件为叶轮内孔、叶轮盖板厚度为75ram．分析输出如图4所示。⑨固圄圈。I，‘o囤4分析输出(约束条件为叶轮内孔叶轮盖板厚度为75mml2)约束条件为叶轮内孔、叶轮盖板厚度为10turn，分析输出如图5所示。⑨⑨k‘．一≮=爿@圄弋：一≮引‘I，‘mq5分析输出【约束条件为叶轮内孔叶轮盖板

8、厚度为10mml。。；。。!：慧81纠鳓I／，，●k，h，。，旒黜蔫嬲慧I3)约束条件为键侧面叶轮盖板厚度为75mm分析输出如图6所不。[1=图国圉6分析输出(约束条件为键侧面叶轮盖板厚度为75ram4)约束条件为键删面、叶轮盖板厚度为10mm分析输出如图7所示。图圆图图(c)＆Ⅱ【d)女±《＆图7分析输出(约束条件为键侧面叶轮盖扳厚度为10ram三，分析输出汇总与比较根据约束条件以及叶轮盖板厚度，将分析输出汇总，见表2。表2分析输出汇总表约求条什叶轮内n钮mlm】III轮盖板厚度*kH山／MPa址太化移／m402x105324×10535

9、8xI旷290×10‘址km尘，nl393x104蚰小虫垒《数通过对分析输出加以比较，可以得出：1)在两种约束条件以厦两种叶轮盖板厚度下，最小安垒系数均不小于70，叶轮设计安全可靠。2)对于两种叶轮盖板厚度，分析输出相差不大，82⋯黑焉!。。叶轮盖板厚度从75mm增加至IOmm．叶轮安全系数非但未相应提高．反而略仃下降。因此，叶轮盖板厚度的经验设计值75ram可行。3)约束条件为11

10、_轮内孔时，叶轮具有较大的安垒系数。因此，蹬计时应确保叶轮和轴配合处的过盈量，以避免IIl谁困旋转变形『f『i松动。4)应力最大值通常位于叶片进u厦稍后部位与

11、前后盖板的相交处，对十这些部位，应从结构上避免应力集巾。为此，在高压除鳞泵叶轮设计州，叶片(包括工作日I和背面)和盖板问全部采取了圜角过渡，如图89r示。圆角为R2-R6．轴面截