非稳态流体激励下离心泵转子振动特性研究

建立了离心泵全流道三维定常及非定常CFD数值模型,通过非稳态计算得到作用于叶轮上的流体激振力,同时建立了泵转子有限元模型,研究不平衡质量与非稳态流体激振力对转子振动特性的影响。研究结果表明离心泵叶轮内流体激振力具有多种频率成分。不考虑转子上不平衡质量影响时,叶轮处转子在流体激振力作用下振动幅值最大,依次为转轴中部、下部轴承和上部轴承对应的转子位置。转轴上不同位置振动频率特性具有差异,实际故障诊断时要考虑测试部位的影响。考虑不平衡质量影响时,在远离受流体激振力作用的叶轮部位,转子振动频率成分减少。     

基于双向耦合的污水离心泵动应力分析

现有针对离心泵运行可靠性方面的研究主要关注的是水动力不稳定性问题,尚缺乏对流体与结构相互作用机理的考虑,而流固耦合作用是流动诱导振动和动应力现象等可靠性问题产生的直接原因。因此,采用双向流固耦合计算的方法,对不同运行工况下单叶片离心泵叶轮的动应力进行求解。采用SSTκ-ω湍流模型对全流道内三维非定常流动的雷诺时均N-S方程进行求解,同时利用有限元法对结构的动力学特性进行计算,并基于第四强度理论得到叶轮转子系统的动应力分布。通过对动应力分布结果的分析可知,转子最大的动应力出现在松轴承安装位置附近,且随着流量的增加而增大,因为动应力的大小与压力载荷大小直接相关。此外,分别对不同工况下叶片的工作面、背面、前缘和后缘处的等效应力进行分析,分析结果表明,最大的应力分布出现在叶片的工作面上,且位于靠近叶片后缘和后盖板的区域。提出了一种离心泵考虑流固耦合效应的应力分布预测方法,该方法可用于泵的优化设计阶段来预测不同工况下结构的动应力分布情况以提高泵的可靠性。     

基于离心泵全流场的流固耦合分析

运用ANSYS workbench软件,选取IS100-65-200型单级单吸离心泵作为研究对象,对离心泵包括叶轮、螺母和轴等转子系统进行单向流固耦合分析。在流固耦合计算中,施加到固体结构的流场载荷不仅有叶轮和蜗壳内部流场,同时还考虑了叶轮前后腔的流场载荷;对转子系统力学分析仅对轴承与轴接触处采用轴向和径向约束较符合实际的约束条件。此外,为了解泵转子系统的固有频率和临界转速等问题,本文还对转子系统进行了模态分析,得到了其固有频率和振型,并将计算得到的临界转速与常规的临界转速计算结果进行了对比分析。     

基于流场计算的螺旋离心泵叶轮静力学分析

为研究螺旋离心泵叶轮结构的振动特性,首先建立螺旋离心泵内部流场三维模型,对设计工况下的螺旋离心泵内流场进行了定常数值模拟,得到了叶片表面的压力载荷分布;建立叶轮有限元模型,以螺旋离心泵全流道三维定常数值模拟计算结果为基础,利用顺序耦合技术进行了有预应力的叶轮静应力分析和模态分析,结果表明:叶轮的最大应力出现在叶片进口的轮毂处,叶轮强度满足设计要求;叶轮最大的形变区域出现在叶片进口的轮缘处;叶轮的变形域随着频率的增加而增大;叶轮的各阶固有频率远大于泵的运行频率,因此在运行过程中不易发生共振现象。     

核主泵高温工况下叶轮结构力学分析

为了验证主泵叶轮在设计工况下的完整性,通过三维软件Pro/E对主泵叶轮进行三维造型,应用计算流体力学软件ANSYS—CFX和Workbench对主泵叶轮进行耦合计算,分析了在轴向力载荷、转矩载荷、离心力载荷、混合载荷以及125%1临ti界同步转速与1.252倍转矩M。载荷工况下叶轮的最大应力强度分布。分析了叶轮应力、应变的分布规律,揭示出转子部件由于变形过大以及强度不足而引发失效事故。计算结果表明,在反应堆一回路额定工况下,在轴向力+离心力载荷工况下,叶轮产生最大应力变形,叶轮叶片最大变形发生在叶片出口尖部,变形量约0.58 nll/l;最大应力位于叶轮体及叶轮外径之间的过渡区,叶片出口区域最大应力值为112.4 MPa。     

基于ANSYS的深海岩心钻机离心泵叶轮流固耦合分析

为获得搭载式深海岩心钻机离心泵叶轮在设计工况下的等效应力及应变分布情况,基于流固耦合原理,运用ANSYS和CFX软件对叶轮结构进行了仿真计算。仿真结果表明:流体压力载荷是影响叶轮应力与应变分布的主要因素;在设计工况下叶轮应力分布不均且存在局部应力集中,应力最大值为26.138 MPa,在所用材料屈服强度许用范围内,结构强度满足要求;叶轮变形在最外边沿处达到最大值0.010 031 mm,小于泵盖和叶轮的间隙4 mm,叶轮结构满足设计要求。     

小流量高扬程液氢泵水力优化和抗空化的结构设计

针对液氢在低温系统或低温储罐中输送的应用需求，依靠泵设计经验参数取值而设计的小流量高扬程液氢泵，相似定律转换为模型泵，试验测试其外特性得到：在额定工况下，与理论扬程相比，泵内存在6 m水力损失，同时，液氢总是处于近饱和状态，特别当泵前低温流体的进口压力降低或波动时，离心式液氢泵极易发生空化，造成扬程下降。以提高液氢泵的抗空化特性和提高泵水力效率为目标，建立小流量高扬程液氢泵的多目标优化设计方法，依据小流量高扬程液氢泵模型泵的外特性测试结果，对泵头的几何结构参数进行优化设计，结果表明：叶轮入口直径增大1.5 mm、直角的叶片进、出口安放角减小为60°、叶轮出口直径减小0.5 mm、叶片进口宽度减小0.1 mm,叶片出口宽度减小0.3 mm,减小流体出口间隙，有利于泵减小水力损失，提高泵效率，并改善泵的空化性能。本研究采用的计算方法为小流量高扬程液氢泵高效水力模型的优化设计提供参考，研究结果为小流量高扬程液氢泵的结构优化和获得工作特性的实验研究提供理论依据。     

高温熔盐泵中分流叶片对结构动力特性的影响

为研究分流叶片对高温熔盐泵结构动力特性的影响规律,以IS50-32-160型低比转数高温熔盐泵为研究对象。对有/无分流叶片方案不同工作温度、不同工况下的泵转子进行基于ANSYS Workbench的数值计算,分析了泵内部的应力、变形和模态分布规律。研究结果表明:添加分流叶片后,叶轮的等效应力明显减小,说明分流叶片能够有效提高叶轮的承载能力;分流叶片使得转子的变形情况也得到一定的改善,从而降低了叶轮变形对内部流场的影响,且叶轮内的变形分布变得更均匀,从而可减轻泵转子的振动;同时,不同工作温度对泵转子的固有频率及各阶振型影响均不大。     

基于Workbench整体叶轮流固耦合强度分析

作为许多动力机械的核心部件的叶轮,其强度及可靠性的问题日渐突出。叶轮工作时,流体力和高速旋转时的离心力为其主要载荷。基于Workbench软件对整体叶轮的内部流场和工作压力分布进行数值模拟;使用ANSYS CFX进行复杂几何形状叶轮的流体动力分析,得到了整体叶轮的流场和工作压力场及流体载荷在叶轮内部产生的等效应力分布图,并耦合了旋转离心载荷等,研究了在高压工况情况下,叶轮的载荷组成和流固耦合下的叶轮强度。     

立式屏蔽泵振动特性分析及叶轮结构优化

由于立式屏蔽泵的叶轮转子振动是影响其可靠性和安全性的关键因素。以某型立式屏蔽泵为研究对象,分析诱发振动的流体激振力主要是叶轮承受的不平衡轴向力,结合离心泵设计理论和工程经验,提出了2种改进方案。采用流固耦合模拟技术,分别进行了泵内流场、叶轮静应力、预应力模态计算,比较分析2种改进方案,结果表明方案A承受不平衡轴向力更小,内流场水力损失更少,更不易产生共振,为同类型泵的减振设计及优化提供一定参考。     

The cavitation behavior with short length blades in centrifugal pump

A CFD code with 2-D cascade model was developed to predict the cavitation behavior around the impeller blades of impeller in a centrifugal pump. The governing equations are the two-phase Reynolds Averaged Navier-Stokes equations in a homogeneous form in which both liquid and vapor phases are treated as incompressible fluid. To close the model, a standard k-ɛ turbulence model is introduced. And the mass transfer rates between liquid and vapor phases are implemented as well. The validations are carried out by comparing with reference data in impeller of a centrifugal pump impeller. The cavitation characteristics of current centrifugal pumps is tested at an ondesign point (V=8 m/s) and two off-design points (V=20 m/s and V=30 m/s), respectively. The criteria of cavitation and flow instability around blades are presented. The results show that the current centrifugal pump can safely operate without cavitation at on-design point. Also, the simulation shows cavitation develops inhomogeneously among the blades at off-design points. Moreover, the effects of additional blades in the impeller are studied as well. From the numerical results, it is expected that a half-length blade is the optimum configuration as additional blades in cavitation point of view.     

基于ANSYS的YOXD650液力耦合器泵轮的强度分析

利用ANSYS软件对YOXD650型液力耦合器的泵轮进行有限元分析,研究其在液体离心力作用下,液体对泵轮的作用力情况,计算得出其最大应力远小于许用应力,为耦合器泵轮的设计提供了参考.     

流体激振力对高速泵转子振动特性的影响研究

对高速泵三维流场进行了非定常计算,分析了高速泵内的压力分布情况。研究了高速泵叶轮上的稳态径向力和脉动径向力,分析了流体激振力对高速泵叶轮系统的振动及其轴心轨迹的影响。计算结果表明:泵内部流场的压力分布合理,稳态作用力的计算符合实际数据;瞬态作用力与叶轮和隔舌的干涉流动有很大关系;在脉动激振力作用下,泵转子振动响应谱图中出现了脉动激振力的频率及其谐波频率。     

Numerical Investigation on Fluid Structure Interaction Considering Rotor Deformation for a Centrifugal Pump

The existing research for unsteady flow field and the corresponding flow induced vibration analysis of centrifugal pump are mainly carried out respectively without considering the interaction between fluid and structure. The ignorance of fluid structure interaction (FSI) means that the energy transfer between fluid and structure is neglected. To some extent, the accuracy and reliability of unsteady flow and rotor deflection analysis should be affected by this interaction mechanism. In this paper, a combined...     

汽轮机主油泵叶轮碎裂原因分析及处理方法

从轴向推力及叶轮本身质量问题分析了汽轮机主油泵叶轮碎裂事故原因,采取了加大叶轮平衡孔直径、更换叶轮材质、提高焊口质量等技术措施,改造后汽轮机达到了出力要求,运行正常.     

水环真空泵临界转速的计算和有限元分析

针对于水环真空泵转轴系统的临界转速问题,在综合传统算法的基础上,提出了一种新的有效的计算方法。该计算途径首先将阶梯轴通过当量直径来等效转换为等径轴,计算出其临界转速。同时将叶轮等效为均布载荷,利用叠加原理计算挠度,可计算出只有叶轮载荷下(不计轴重)的临界转速。最后运用邓克尔莱方程可计算出转轴系统的临界转速。同时运用ANSYS Workbench软件对转动机构进行模态分析,分析结果显示计算结果正确。该计算方法能很好地求解工程中阶梯轴转子系统的临界转速,特别是对于叶轮转子轴向长度较长而不宜采用集中载荷的实际情况。     

离心压缩机转子叶轮装配应力分析及拆卸方案研究

离心压缩机转子叶轮与主轴之间大部分采用过盈配合形式,装配过程一般采用温差法实现,即加热叶轮使内孔膨胀量大于过盈量.离心压缩机转子在检修过程中如需要更换叶轮或转子叶轮间部件,首先经过应力分析得出叶轮受力情况,然后对转子部分叶轮及其他套类零件进行拆卸.采用对叶轮部分区域集中加热的方式使轮与轴之间在短时间内形成温差到达拆卸的目的.     

有无冷却水冲洗对热水泵口环变形的影响分析

口环间隙对离心泵的性能有着重要的影响,不仅产生了容积损失,还改变了离心泵的内部流动结构,从而对轴向力和径向力产生重要的影响,所以口环间隙的选择很重要。在高温热水泵使用过程中,介质的高温对泵的结构有着重要的影响,材料的特性会随着材料温度的变化而发生相应的变化,经常出现泵口环的热变形磨损,甚至造成转子部件的咬死,导致开车失败,严重影响着高温热水泵运行的可靠性。通过对TEG200-400型的热水循环泵进行热固耦合分析,研究在输送200℃热水时,有无冷却水冲洗对热水循环泵口环变形的影响情况,为口环间隙的选择提供了一定的基础。     

基于叶片翼型负荷的螺旋离心泵叶轮域能量转换机理

为了研究螺旋离心泵叶轮做功原理以及能量转换机理,应用计算流体力学原理对100LN-7型螺旋离心泵进行数值模拟,由此获得螺旋离心泵叶轮域速度参数,在引入动静扬程和负荷系数基础上,将欧拉方程用速度表示,建立试验方案。在叶片负荷翼型理论下,应用欧拉方程将螺旋离心泵的能量转换与叶轮几何形状、尺寸联系起来,分析沿叶轮包角的能量变化,揭示螺旋离心泵叶轮域能量转换特性。结果表明叶轮作为泵内做功核心部件,其螺旋段螺旋推进作用提供了能量传递,离心段完成能量转换,叶轮的螺旋段螺旋推进作用和离心段的能量转换相互配合,构成了螺旋离心泵工作的过程。其中,叶片翼型负荷中的升力对叶片做功贡献最大,这一结论对于提高螺旋离心泵叶轮水力设计具有重要的意义。