基于离心泵内流场模拟的转子临界转速分析与计算

发布时间：2020-04-21 22:58

【摘要】： 泵转子正朝着大功率、高转速的方向发展,在运行的过程中必然要跨越一阶甚至是二、三阶的临界转速,‘多级泵转子在这方面表现的尤为突出,受临界转速的影响更加明显,为了保证多级离心泵转子的平稳运转,避免其在接近其临界转速时产生共振而影响泵的寿命,设计时需要准确计算其在工作状态下的临界转速即“湿”态下的临界转速。计算转子部件的临界转速常用的办法是有限元法和传递矩阵法,文中采用有限元法进行计算,并在最后用传递矩阵法进行了对比验证。 本文以一台改型多级离心清水泵为主要模型,利用CFD技术对整体流道模型进行启动阶段的瞬态三维流场数值模拟,对比研究了流固耦合对流场模拟结果的影响,预测了多级泵在启动阶段的性能曲线,获得了叶轮、导叶等部件的速度、压力分布,捕捉到泵在启动过程中的特殊流动现象,为后期的临界转速计算奠定基础；对于浸液转子来说,流固耦合作用不仅对流场产生影响而且对临界转速的影响也显而易见,文中通过建立多级泵转子部件实体模型,对转子部件进行流固耦合及有预应力的模态分析,初步探讨了流固耦合作用和旋转软化效应对临界转速的影响；文中还对比了邓克莱法与有限元法计算转子部件在刚性支承下一阶临界转速的数值,之后利用实体+弹簧单元的有限元模型分别讨论了轴承跨距、口环刚度、支承刚度对转子固有频率的影响,并计算了转子在不同转速下的“湿态”临界转速。最后运用传递矩阵法对弹性支承下的转子临界转速进行了计算对比,计算结果表明： 1)数值模拟预测的设计工况性能与试验值吻合较好,启动的各个阶段比较准确的反映了在不同的转速下多级离心泵内部的流动状态。 2)流固耦合作用明显降低了转子的临界转速,且随着转速的升高作用越明显。 3)影响临界转速因素中支承刚度作用明显,准确地简化支承,合理地确定支承的刚度和阻尼矩阵是准确计算临界转速的前提。 4)由于转子“湿态”下受到的流固耦合作用,在耦合面处发生振动,因此相对于“干态”的临界转速有很大差别。 多级离心泵转子部件在“湿态”下的临界转速计算,需要综合考虑多种因素和多种理论的结合,包括传统转子动力学、弹性力学和流体动力润滑理论及密封动力学的知识,是个非常复杂的过程,本文的计算结果为今后的研究提供了参考,并为多级离心泵转子的结构校核提供依据。
【图文】：

速度入口边界条件适用于不可压缩流动问题，需要指定速或者各速度分量;压力入口边界条件通常用于流体在入口处的压度未知的情况，对于计算可压缩和不可压缩问题都适用，需要指小、流动方向以及初始静压的大小。边界条件通常设置为出流(outflow)或者质量流量出口(massflowr件适用于出口处的压力或者速度均为未知的情形;质量流量出口变化规律的情况。本文的流动计算与分析主要是为了确定多级泵个时间段转子所受的流体作用力，，并预测多级泵的启动性能，其化，从而使得流量也呈现一定的规律性，所以出口采用质量流量，相应地，入口处就采用压力入口边界条件。处均采用无滑移边界条件。以叶轮为代表的移动壁面采用旋转参相对于叶轮通道这部分流体的旋转速度为零，以蜗壳等为代表的静止的绝对坐标。

括前、后部吸入段，前、后部吐出段，四个叶轮的流道模型和两个导叶的实体模型(导叶的流道模型是在ANSYS中填充、剪切得到)。对计算域进行实体造型时，叶轮的中心轴线与z轴重合。具体模型见图2.2。(a)叶轮流道(b)正导叶(。)反导叶(d)导叶流道
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TH311

【引证文献】

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本文编号：2635837