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公司動(dòng)態(tài)
基于離心泵內(nèi)流場(chǎng)模擬的轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速分析與計(jì)算
閱讀：1809 發(fā)布時(shí)間：2012-10-24
泵轉(zhuǎn)子正朝著大功率、高轉(zhuǎn)速的方向發(fā)展,在運(yùn)行的過程中必然要跨越一階甚至是二、三階的臨界轉(zhuǎn)速,‘多級(jí)泵轉(zhuǎn)子在這方面表現(xiàn)的尤為突出,受臨界轉(zhuǎn)速的影響更加明顯,為了保證多級(jí)離心泵轉(zhuǎn)子的平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn),避免其在接近其臨界轉(zhuǎn)速時(shí)產(chǎn)生共振而影響泵的壽命,設(shè)計(jì)時(shí)需要準(zhǔn)確計(jì)算其在工作狀態(tài)下的臨界轉(zhuǎn)速即“濕”態(tài)下的臨界轉(zhuǎn)速。計(jì)算轉(zhuǎn)子部件的臨界轉(zhuǎn)速常用的辦法是有限元法和傳遞矩陣法,文中采用有限元法進(jìn)行計(jì)算,并在zui后用傳遞矩陣法進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證。
本文以一臺(tái)改型多級(jí)離心清水泵為主要模型,利用CFD技術(shù)對(duì)整體流道模型進(jìn)行啟動(dòng)階段的瞬態(tài)三維流場(chǎng)數(shù)值模擬,對(duì)比研究了流固耦合對(duì)流場(chǎng)模擬結(jié)果的影響,預(yù)測(cè)了多級(jí)泵在啟動(dòng)階段的性能曲線,獲得了葉輪、導(dǎo)葉等部件的速度、壓力分布,捕捉到泵在啟動(dòng)過程中的特殊流動(dòng)現(xiàn)象,為后期的臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算奠定基礎(chǔ)；對(duì)于浸液轉(zhuǎn)子來說,流固耦合作用不僅對(duì)流場(chǎng)產(chǎn)生影響而且對(duì)臨界轉(zhuǎn)速的影響也顯而易見,文中通過建立多級(jí)泵轉(zhuǎn)子部件實(shí)體模型,對(duì)轉(zhuǎn)子部件進(jìn)行流固耦合及有預(yù)應(yīng)力的模態(tài)分析,初步探討了流固耦合作用和旋轉(zhuǎn)軟化效應(yīng)對(duì)臨界轉(zhuǎn)速的影響；文中還對(duì)比了鄧克萊法與有限元法計(jì)算轉(zhuǎn)子部件在剛性支承下一階臨界轉(zhuǎn)速的數(shù)值,之后利用實(shí)體+彈簧單元的有限元模型分別討論了軸承跨距、口環(huán)剛度、支承剛度對(duì)轉(zhuǎn)子固有頻率的影響,并計(jì)算了轉(zhuǎn)子在不同轉(zhuǎn)速下的“濕態(tài)”臨界轉(zhuǎn)速。
zui后運(yùn)用傳遞矩陣法對(duì)彈性支承下的轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速進(jìn)行了計(jì)算對(duì)比,計(jì)算結(jié)果表明：1）數(shù)值模擬預(yù)測(cè)的設(shè)計(jì)工況性能與試驗(yàn)值吻合較好,啟動(dòng)的各個(gè)階段比較準(zhǔn)確的反映了在不同的轉(zhuǎn)速下多級(jí)離心泵內(nèi)部的流動(dòng)狀態(tài)。2）流固耦合作用明顯降低了轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速,且隨著轉(zhuǎn)速的升高作用越明顯。3）影響臨界轉(zhuǎn)速因素中支承剛度作用明顯,準(zhǔn)確地簡(jiǎn)化支承,合理地確定支承的剛度和阻尼矩陣是準(zhǔn)確計(jì)算臨界轉(zhuǎn)速的前提。4）由于轉(zhuǎn)子“濕態(tài)”下受到的流固耦合作用,在耦合面處發(fā)生振動(dòng),因此相對(duì)于“干態(tài)”的臨界轉(zhuǎn)速有很大差別。多級(jí)離心泵轉(zhuǎn)子部件在“濕態(tài)”下的臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算,需要綜合考慮多種因素和多種理論的結(jié)合,包括傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)、彈性力學(xué)和流體動(dòng)力潤(rùn)滑理論及密封動(dòng)力學(xué)的知識(shí),是個(gè)非常復(fù)雜的過程,本文的計(jì)算結(jié)果為今后的研究提供了參考,并為多級(jí)離心泵轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)校核提供依據(jù)。
離心泵有立式、臥式、單級(jí)、多級(jí)、單吸、雙吸、自吸式等多種形式。其主要的工作原理有：離心是物體慣性的表現(xiàn)。比如雨傘上的水滴，當(dāng)雨傘緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，水滴會(huì)跟隨雨傘轉(zhuǎn)動(dòng)，這是因?yàn)橛陚闩c水滴的摩擦力做為給水滴的向心力使然。但是如果雨傘轉(zhuǎn)動(dòng)加快，這個(gè)摩擦力不足以使水滴在做圓周運(yùn)動(dòng)，那么水滴將脫離雨傘向外緣運(yùn)動(dòng)。就象用一根繩子拉著石塊做圓周運(yùn)動(dòng)，如果速度太快，繩子將會(huì)斷開，石塊將會(huì)飛出。這個(gè)就是所謂的離心離心泵就是根據(jù)這個(gè)原理設(shè)計(jì)的。高速旋轉(zhuǎn)的葉輪葉片帶動(dòng)水轉(zhuǎn)動(dòng)，將水甩出，從而達(dá)到輸送的目的。
本文以一臺(tái)改型多級(jí)離心清水泵為主要模型,利用CFD技術(shù)對(duì)整體流道模型進(jìn)行啟動(dòng)階段的瞬態(tài)三維流場(chǎng)數(shù)值模擬,對(duì)比研究了流固耦合對(duì)流場(chǎng)模擬結(jié)果的影響,預(yù)測(cè)了多級(jí)泵在啟動(dòng)階段的性能曲線,獲得了葉輪、導(dǎo)葉等部件的速度、壓力分布,捕捉到泵在啟動(dòng)過程中的特殊流動(dòng)現(xiàn)象,為后期的臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算奠定基礎(chǔ)；對(duì)于浸液轉(zhuǎn)子來說,流固耦合作用不僅對(duì)流場(chǎng)產(chǎn)生影響而且對(duì)臨界轉(zhuǎn)速的影響也顯而易見,文中通過建立多級(jí)泵轉(zhuǎn)子部件實(shí)體模型,對(duì)轉(zhuǎn)子部件進(jìn)行流固耦合及有預(yù)應(yīng)力的模態(tài)分析,初步探討了流固耦合作用和旋轉(zhuǎn)軟化效應(yīng)對(duì)臨界轉(zhuǎn)速的影響；文中還對(duì)比了鄧克萊法與有限元法計(jì)算轉(zhuǎn)子部件在剛性支承下一階臨界轉(zhuǎn)速的數(shù)值,之后利用實(shí)體+彈簧單元的有限元模型分別討論了軸承跨距、口環(huán)剛度、支承剛度對(duì)轉(zhuǎn)子固有頻率的影響,并計(jì)算了轉(zhuǎn)子在不同轉(zhuǎn)速下的“濕態(tài)”臨界轉(zhuǎn)速。
zui后運(yùn)用傳遞矩陣法對(duì)彈性支承下的轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速進(jìn)行了計(jì)算對(duì)比,計(jì)算結(jié)果表明：1）數(shù)值模擬預(yù)測(cè)的設(shè)計(jì)工況性能與試驗(yàn)值吻合較好,啟動(dòng)的各個(gè)階段比較準(zhǔn)確的反映了在不同的轉(zhuǎn)速下多級(jí)離心泵內(nèi)部的流動(dòng)狀態(tài)。2）流固耦合作用明顯降低了轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速,且隨著轉(zhuǎn)速的升高作用越明顯。3）影響臨界轉(zhuǎn)速因素中支承剛度作用明顯,準(zhǔn)確地簡(jiǎn)化支承,合理地確定支承的剛度和阻尼矩陣是準(zhǔn)確計(jì)算臨界轉(zhuǎn)速的前提。4）由于轉(zhuǎn)子“濕態(tài)”下受到的流固耦合作用,在耦合面處發(fā)生振動(dòng),因此相對(duì)于“干態(tài)”的臨界轉(zhuǎn)速有很大差別。多級(jí)離心泵轉(zhuǎn)子部件在“濕態(tài)”下的臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算,需要綜合考慮多種因素和多種理論的結(jié)合,包括傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)、彈性力學(xué)和流體動(dòng)力潤(rùn)滑理論及密封動(dòng)力學(xué)的知識(shí),是個(gè)非常復(fù)雜的過程,本文的計(jì)算結(jié)果為今后的研究提供了參考,并為多級(jí)離心泵轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)校核提供依據(jù)。
離心泵有立式、臥式、單級(jí)、多級(jí)、單吸、雙吸、自吸式等多種形式。其主要的工作原理有：離心是物體慣性的表現(xiàn)。比如雨傘上的水滴，當(dāng)雨傘緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，水滴會(huì)跟隨雨傘轉(zhuǎn)動(dòng)，這是因?yàn)橛陚闩c水滴的摩擦力做為給水滴的向心力使然。但是如果雨傘轉(zhuǎn)動(dòng)加快，這個(gè)摩擦力不足以使水滴在做圓周運(yùn)動(dòng)，那么水滴將脫離雨傘向外緣運(yùn)動(dòng)。就象用一根繩子拉著石塊做圓周運(yùn)動(dòng)，如果速度太快，繩子將會(huì)斷開，石塊將會(huì)飛出。這個(gè)就是所謂的離心離心泵就是根據(jù)這個(gè)原理設(shè)計(jì)的。高速旋轉(zhuǎn)的葉輪葉片帶動(dòng)水轉(zhuǎn)動(dòng)，將水甩出，從而達(dá)到輸送的目的。
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