高速離心泵流固耦合動力特性的研究

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,高速離心泵被廣泛應(yīng)用于石油化工行業(yè)和航空航天等領(lǐng)域。誘導(dǎo)輪和葉輪是高速離心泵的主要能量轉(zhuǎn)換部件,葉片與粘性流場的相互作用不僅會激發(fā)葉片的強(qiáng)烈振動,嚴(yán)重時會導(dǎo)致葉片產(chǎn)生疲勞斷裂、動力失穩(wěn)等影響泵站運行安全的事件發(fā)生。因此,高速泵流固耦合振動特性的分析對深入了解葉片的振動機(jī)理,避免水力共振,確保泵站穩(wěn)定運行具有重要意義。本文采用數(shù)值模擬方法,對高速離心泵內(nèi)部流場進(jìn)行研究并對其計算性能進(jìn)行預(yù)測,分析誘導(dǎo)輪葉片和葉輪葉片的剛強(qiáng)度和振動特性,葉輪變形對揚(yáng)程、效率以及軸功率的影響。本文的主要研究工作及成果如下：1.介紹了高速離心泵的發(fā)展過程和研究現(xiàn)狀,并對其存在的問題進(jìn)行簡要分析,確定了基本研究路線。同時闡述了高速離心泵的基本設(shè)計理論,對誘導(dǎo)輪、葉輪及蝸殼進(jìn)行水力設(shè)計,確定其主要結(jié)構(gòu)參數(shù)。2.應(yīng)用Pro/E和CFD-ICEM軟件,對實體泵和流道進(jìn)行三維造型、網(wǎng)格生成、邊界條件設(shè)置及壁面條件選取等,并采用Navier-Stokes方程和標(biāo)準(zhǔn)κ-ε湍流模型,利用CFX軟件對其內(nèi)部流場進(jìn)行了數(shù)值模擬,得到葉片表面受力情況。通過試驗性能曲線和計算性能曲線的對比分析,得出模型泵水力設(shè)計數(shù)據(jù)可靠。3.應(yīng)用ANSYS Workbench軟件,采用順序耦合方法,對誘導(dǎo)輪和葉輪分別進(jìn)行靜應(yīng)力分析和模態(tài)分析,得到其空氣中和水中兩種環(huán)境下的動力特性,并對計算結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)的對比分析。結(jié)果表明：誘導(dǎo)輪葉片zui大應(yīng)力出現(xiàn)在輪轂和葉片交接處,該部位應(yīng)力的變化梯度較大,易于發(fā)生疲勞破壞,zui大變形出現(xiàn)在葉輪外緣,即該區(qū)域是振動敏感區(qū)；葉輪葉片的應(yīng)力集中區(qū)域主要是葉片進(jìn)口側(cè),葉片zui大變形部位是葉片出口。構(gòu)件在水中的固有頻率較空氣中有不同程度的降低；不同的環(huán)境對結(jié)構(gòu)的固有頻率有所影響,因此,在高速離心泵進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時,必須考慮流體與過流部件相互作用的影響。4.應(yīng)用ANSYS Workbench軟件計算旋轉(zhuǎn)離心力和水壓力對模態(tài)的影響、誘導(dǎo)輪和葉輪在工作狀態(tài)下的模態(tài)以及葉輪變形對泵性能的影響。結(jié)果表明：離心力和水壓力對誘導(dǎo)輪和葉輪各階頻率均有細(xì)微影響,但其變化值相對較小,所以對固有頻率及振型的影響也較小。對比分析葉輪變形前后,葉片受到水壓力作用的情況,結(jié)果發(fā)現(xiàn)葉輪由于受到流場壓力作用產(chǎn)生了明顯的變形。同時,其揚(yáng)程、效率、軸功率都存在一定程度的下降。

    離心泵有立式、臥式、單級、多級、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)動時，水滴會跟隨雨傘轉(zhuǎn)動，這是因為雨傘與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)動加快，這個摩擦力不足以使水滴在做圓周運動，那么水滴將脫離雨傘向外緣運動。就象用一根繩子拉著石塊做圓周運動，如果速度太快，繩子將會斷開，石塊將會飛出。這個就是所謂的離心離心泵就是根據(jù)這個原理設(shè)計的。高速旋轉(zhuǎn)的葉輪葉片帶動水轉(zhuǎn)動，將水甩出，從而達(dá)到輸送的目的。

    上海大江工業(yè)泵廠重點供應(yīng)清水離心泵,立式多級離心泵,不銹鋼離心泵產(chǎn)品，清水離心泵,立式多級離心泵,不銹鋼離心泵在全國范圍內(nèi)應(yīng)用廣泛，對于清水離心泵,立式多級離心泵,不銹鋼離心泵的相關(guān)技術(shù)掌握非常熟練，如客戶有需要請及時，提供技術(shù)幫助或者新產(chǎn)品服務(wù)，我們都竭盡所能，展示我們的服務(wù)！