基于流固耦合的多级导叶式离心泵转子模态分析

发布时间：2019-10-01 21:55

【摘要】：为了研究多级导叶式离心泵转子运行特性,以五级导叶式离心泵为研究对象,采用ANSYS模块下的Woekbench对该五级导叶式离心泵进行无预应力和有预应力下的模态计算。结果表明,旋转离心力对固有频率的影响大于流固耦合力;在同时考虑流固耦合力和旋转离心力的条件下,该五级离心泵的固有频率介于只考虑旋转离心力和只考虑流固耦合力之间,且各阶临界转速更接近只考虑旋转离心力时的临界转速;旋转离心力对各阶振幅的影响较小,而流固耦合力对各阶振幅的影响较大;额定转速小于1阶临界转速的0.8倍,该五级导叶式离心泵转子系统是一个稳定的刚性系统。
【图文】：

静压分布,静压分布,叶轮

结果的影响较小，因此在确保计算精度的情况下采用非结构化网格进行网格划分，采用稀疏网格以减少质量矩阵和刚度矩阵的计算时间和硬件要求。采用ANSYS模块下的Workbench对转动部件和静止部件进行网格划分，所有区域均采用四面体网格，网格数分别为86864、593274。$#%约束设置无预应力时，对转子部件施加轴承约束。有预应力时，除了轴承约束外还需对转子和静止部件施加流固耦合力、重力载荷、离心力载荷。%计算结果与分析%#!叶片静压分布数值计算得到的首级叶轮工作面、背面、前盖板、后盖板的静压分布见图1。由图1可看出，流图1首级叶轮静压分布Fig．1Staticpressuredistributionofthefirstimpeller·152·水电能源科学2017年

应力云图,转子,后盖板

面2－39．744．26310．8前盖板221．4－20．326870．4工作面334．865．610417．7前盖板3－6．1－16．242861．4工作面4－6．768．314512．0前盖板46．5－26．058791．0工作面5－0．330．318632．1前盖板527．3－5．974876．6背面132．1－27．7－1317．6后盖板1－18．4－13．2－13566．0背面217．9－67．8－6030．9后盖板2－3．49．6－33091．6背面3－47．4－37．1－10384．6后盖板310．0838．0－53819．8背面4－43．5－86．1－14726．6后盖板48．813．6－74492．0背面5－26．6－38．8－19080．5后盖板56．37．8－95211．3图2为考虑流固耦合力，旋转离心力和重力下的转子应变和应力。由图2可看出，转子的最大应变出现在末级叶轮上，，整体的变形呈一次弯曲，两端轴承处由于轴承的约束作用应变较小，靠近轴承的位置有一处应力集中的位置，这是由于弯曲作用在此处产生了拉应力。图2转子应变和应力云图Fig．2Strainandstressdiagramofrotor%#$无预应力下的模态分析无预应力下，转动部件的前6阶固有频率见表4。由表4可看出，转子部件的第1阶固有频率较小，第2阶与第3阶的固有频率非常接近，第4阶与第5阶的固有频率也很接近，前5阶的振幅变化不大，无明显规律，从第5阶到第6阶模态时振幅增大较多，第6阶模态的振幅达11mm。表4转动部件干模态信息Tab．4Drymodeinformationofrotatingpart阶数固有频率/Hz临界转速/rpm振幅/mm154．653279．06．542148．708934．64．053148．918934．64．064412．4824748．86．545412．8724772．25．156564．2633855．611．01转子前6阶模态的振型见图3。由图3可看出，第1阶的振型无明显的弯曲，主要以扭转振动为主，第2阶和第3阶的振型表现为xoy平面和xoz平面一次弯曲振动，第4阶的振型表现为yo
【作者单位】：江苏长江水泵有限公司;江苏大学流体机械工程技术研究中心;
【基金】：江苏省重点研发计划(BE2015001-1) 江苏省产学研联合创新资金项目(BY2014123-09) 中国博士后科学基金(2016M600370) 浙江省博士后基金
【分类号】：TH311

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