基于流固耦合的軸流泵葉輪振動(dòng)特性分析.pdf

1、軸流泵屬于大流量、低揚(yáng)程泵,在農(nóng)田排灌、市政給排水、調(diào)水工程、電廠循環(huán)水工程等方面有著廣泛的應(yīng)用。葉輪是軸流泵進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件,它的安全可靠性直接影響到泵站能否穩(wěn)定運(yùn)行。所以,對(duì)軸流泵葉輪進(jìn)行基于流固耦合的振動(dòng)特性分析對(duì)軸流泵葉輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)及穩(wěn)定運(yùn)行有著非常重要的理論意義和工程實(shí)際意義。本文在國(guó)家自然基金“軸流泵轉(zhuǎn)輪和導(dǎo)葉非定常相干機(jī)理及其誘導(dǎo)壓力脈動(dòng)的研究(51079063)”資助下,對(duì)ZBM791-1000型軸流泵內(nèi)部流場(chǎng)和葉

2、輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行了雙向交替流固耦合聯(lián)合求解,對(duì)軸流泵葉輪進(jìn)行了模態(tài)分析。主要研究?jī)?nèi)容和取得的成果如下:
　　 1.使用流場(chǎng)計(jì)算軟件CFX,分別采用Standκ-ε、RNGκ-ε和κ-ε三種湍流模型對(duì)軸流泵內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行了定常數(shù)值模擬,結(jié)果顯示由Standκ-ε模型計(jì)算出來(lái)的結(jié)果與試驗(yàn)值更為接近。分析了由Standκ-ε模型計(jì)算得出的葉輪葉片表面壓力、表面相對(duì)速度及軸流泵內(nèi)流線分布。
　　 2.分析了流固耦合作用下軸流泵葉輪的應(yīng)力

3、和變形情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn),流固耦合作用下軸流泵葉輪的最大位移發(fā)生在葉輪葉片進(jìn)水邊輪緣處,葉片出水邊及輪轂處位移較小;葉片根部與輪轂接觸處靠近進(jìn)水邊一側(cè)存在明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象;葉輪的應(yīng)力和變形均隨著軸流泵流量的增加而逐漸減小;葉輪最大等效應(yīng)力呈周期性變化。
　　 3.對(duì)軸流泵葉輪進(jìn)出口橫截面進(jìn)行壓力脈動(dòng)特性分析。結(jié)果顯示:葉輪進(jìn)出口處壓力脈動(dòng)幅值均從輪轂到輪緣逐漸增大,且主頻均為葉輪葉片通過(guò)頻率;在葉輪進(jìn)口處,振動(dòng)幅值隨著流量的增大而

4、減小;葉輪出口處,設(shè)計(jì)工況下振動(dòng)幅值最小,偏離設(shè)計(jì)工況越大,振動(dòng)幅值越大。
　　 4.考慮流固耦合作用后,軸流泵的效率和揚(yáng)程均有所下降,而軸向力有所增加,但是變化幅度均較小。另外,軸流泵葉輪工作面與背面壓差有所減小,說(shuō)明流固耦合作用使得軸流泵葉輪性能有所下降。
　　 5.分析了軸流泵葉輪在空氣中的振動(dòng)特性,以及離心力作用對(duì)軸流泵葉輪振動(dòng)頻率的影響。發(fā)現(xiàn)離心力對(duì)軸流泵葉輪固有頻率的影響非常小,可以忽略不計(jì)。通過(guò)對(duì)部分水力激