大型离心泵转子动力学分析

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1、第２５卷第１期甘肃科学学报Ｖｏｌ．２５Ｎｏ．１２０１３年３月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧａｎｓｕＳｃｉｅｎｃｅｓＭａｒ．２０１３大型离心泵转子动力学分析赵万勇，王磊，白双宝（兰州理工大学能源与动力工程学院，甘肃兰州７３００５０）摘要：采用Ｆｌｕｅｎｔ软件对某大型双吸离心泵内部流场进行数值模拟，计算得出不同流量下叶轮所受径向力，作为叶轮转子有限元分析的边界条件．应用ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ软件对离心泵叶轮转子进行模态分析，得到四阶固有频率和振型；加载径向力载荷后，不同流量下叶轮转子产生形变，其中０流量和０．４Ｑ０流量时泵密封环处形变量超出密封间隙设计值，为

2、泵的密封环间隙的设计和修改提供了参考依据．关键词：离心泵；转子；数值模拟；径向力；模态分析中图分类号：ＴＨ３１１文献标志码：Ａ文章编号：１００４－０３６６（２０１３）０１－００８１－０４ＤｙｎａｍｉｃＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＬａｒｇｅＣｅｎｔｒｉｆｕｇａｌＰｕｍｐＲｏｔｏｒＺＨＡＯＷａｎ－ｙｏｎｇ，ＷＡＮＧＬｅｉ，ＢＡＩＳｈｕａｎｇ－ｂａｏ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｅｒｇｙａｎｄＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＬａｎｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００５０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒａｄｉａｌｆｏｒｃｅｓｏｆ

3、ａｄｏｕｂｌｅ－ｓｕｃｔｉｏｎｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｐｕｍｐｒｏｔｏｒｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｌｏｗｓａｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｔｈｒｏｕｇｈｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｕｓｅｄｔｏｂｅｔｈｅｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｗｉｔｈｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｓｏｆｔｗａｒｅＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ，ｔｈｅｍｏｄａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｐｕｍｐｒｏｔｏｒｉｓａｎａｌｙｚｅｄｔｏｏｂｔａｉｎｉｔｓｆｏｕｒｏｒｄｅｒｎａｔｕｒａｌ

4、ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓａｎｄｖｉｂｒａｔｉｏｎｍｏｄｅｓ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｍｏｄａｌｉｔｙａｎａｌｙ－ｓｉｓ，ｄａｔａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｉｓｐｒｏｖｉｄｅｄｆｏｒｆｕｒｔｈｅｒｖｉｂｒａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｒｏｔｏｒ．Ａｌｓｏ，ｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ－ｖａｌｕｅｏｆｔｈｅｓｈａｆｔａｔｔｈｅｓｅａｌｅｄｒｉｎｇｆｒｏｍ０ｔｏ０．４Ｑ０ｉｓｂｅｙｏｎｄｉｔｓｄｅｓｉｇｎｖａｌｕｅｔｈｒｏｕｇｈｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ，ｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｓｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｓｅａｌｅｄｒ

5、ｉｎｇｇａｐｏｆｔｈｅｐｕｍｐ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｐｕｍｐ；ｒｏｔｏｒ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｒａｄｉａｌｆｏｒｃｅ；ｍｏｄａｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓ离心泵是以转子为工作主体的旋转机器之一，转计．文献［２］结合Ｆｌｕｅｎｔ与ＡＮＳＹＳ对泵体的强度、模轴与叶轮构成了离心泵的转子，泵在运行时转子系统态分析和频率进行了模拟分析，但没有对叶轮转子的常常发生振动，它不仅会降低泵的工作效率，严重时动力学特性进行分析；文献［３］从数学模型的角度出还会造成事故，影响泵的安全经济运行．所以对离心发，对带有裂纹的离心泵叶轮转子建立

6、了非线性横向泵转子振动的研究具有重要意义．泵的动力学特性研振动力学模型，并进行了仿真分析．我们以某大型双究逐渐受到国内外学者的关注，如ＣａｕｇｈｅｙＴＫ等学吸离心泵为研究对象，利用Ｆｌｕｅｎｔ软件模拟叶轮和蜗［１］者用近４０年时间对作用于离心泵叶轮转子上的稳壳流场，得到叶轮出口静压分布结果并用于基于ＡＮ－态、瞬态作用力及相应的转子动力学问题进行理论和ＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ的转子有限元计算模型的边界条件，试验研究，对ＮＡＳＡ的数十种叶轮及蜗壳进行了试进行叶轮转子的模态分析和受到流体径向力后的变验，形成了庞大的试验数据库，用于指导ＳＳＭＥ的设形分析．收

7、稿日期：２０１２－０６－０７基金项目：甘肃省教育厅研究生导师科研项目（０５０３－０４）作者简介：赵万勇（１９６２－），男，教授，硕士研究生导师，主要从事流体机械方面的研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｏｗｙ＠ｌｕｔ．ｃｎ８２甘肃科学学报２０１３年第１期迎风格式（计算中更加稳定），对输送清水状况进行１离心泵数值模拟计算时，压力和速度耦合使用ＳＩＭＰＬＥＣ算法．１．１计算模型和网格离散方法１．２控制方程和湍流模型应用ＰＲＯ－Ｅ软件进行双吸离心泵内部流动区在模拟离心泵输送清水介质时选用应用范围广域的三维实体建模，导入ＩＣＥＭ中进行网格划分和且精度合理的标准ｋ－ε模

8、型，离心泵内部三维不可网格优化，采用非结构四面体网格．压湍流场可表示为在Ｓｏｌｖｅｒ／Ｃｏｎｔｒｏｌ／Ｓｏｌ