多工况条件下斜流泵叶轮的强度分析

作者:裴迎举;宋文武;候洁;庞辉; 刊名:热能动力工程 上传者:黄剑平

【摘要】本研究通过选取0.4Qd、0.6Qd、0.8Qd、1.0Qd、1.2Qd、1.4Qd、1.6Qd七个不同流量工况点,分别对斜流泵内部流场进行CFD(计算流体力学)仿真分析,结果显示叶轮承受的总压沿径向呈梯度分布,在叶轮进口处压力较小,出口处压力较大.通过流固耦合方法进行叶轮强度的数值计算,分析结果显示:不同流量工况下,叶轮变形量沿径向呈梯度增加,其最大变形量位于叶轮前盖板出口边缘,且等效应力集中点均主要集中于叶轮进口叶片与后盖板连接处.研究结果可为斜流泵叶轮结构设计和强度优化提供参考.

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第 32卷第 3期 2017年 3月 热 能 动 力 工 程 JOURNAL OF ENGINEERING FOR THERMAL ENERGY AND POWER Vo1.32,No.3 Mar.,2017 文章编号 :1001—2060(2017)03—0088—05 多工况条件下斜 流泵 叶轮 的强度分析 裴迎举,宋文武 ,候 洁,庞 辉 (西华大学 能源-9动力工程学院,四川 成都 610039) 摘 要 :本研 究通 过 选取 0.4Q 0.6Q 0.8Q 1.0Q 1.2 Q 1.4Q 1.6Q 七 个不 同流 量工况 点 ,分别对 斜流 泵 内部 流场进行 CFD(计算流体力学)仿真分析 ,结果显示叶轮承 受的总压沿径向呈梯度分布,在叶轮进 口处压力较小,出口 处压力较大。通过流固耦合方法进行叶轮强度的数值计算, 分析结果显示:不同流量工况下,叶轮变形量沿径向呈梯度 增加 ,其最大变形量位于叶轮前盖板 出口边缘,且等效应力 集 中点均主要 集 中于 叶轮 进 口叶片与后盖 板连 接处 。研 究 结果可为斜流泵叶轮结构设计和强度优化提供参考。 关 键 词:流固耦合;斜流泵 ;叶轮强度;数值模拟 中图分类号:TK31 文献标识码:A D0I:10.16146/j.cnki.rndlgc.2017.03.014 引 言 斜流泵又叫做导叶式混流泵 ,具有 占地面积少 、 外径小、抗气蚀性能好、安装维修方便以及效率高等 特点 。叶轮作为斜流泵的主要旋转过流部件 ,对斜 流泵水力特性影响起着重要作用 ,但同时叶轮的应 力及变形对其安全稳定可靠运行又具有非常重要的 意义,故对 叶轮部 件 的强 度探究 和分 析也 是尤 为 必要 。 随着近年来 CFD软件升级和优化 ,在斜流泵 叶 轮对其安全性 和稳定性影 响方面 的研究也逐 步深 入 ,更多的采用流 固耦合方法对关键旋转部件进行 强度分析 J。文献 [6]等基于流 固耦合法对水轮 机转轮叶片应力特性进行分析 ;文献 [7]等采用双 向同步求解的方法对离心泵 内流场和叶轮结构响应 进行联合求解,研究了叶轮流固耦合作用对离心泵 内部流场的影响;文献[8]等对螺旋离心泵进行了 考虑内部流场 和结构相互作用 的两场交 替联合求 解 。并以相同的设置对不考虑流 固耦合作用 的内部 流场进行 了计算 ;文献 [9]等采用雷诺时均 Navier— Stokes方程和 RNG k一 双方程湍流模型 ,基于弹性 体结构动力学方程 ,对轴流泵 内部流场和叶轮结构 响应进行多工况双向同步耦合求解 ,研究了流固耦 合作用对轴流泵内部流场的影响;文献[1O]等基于 流固耦合原理对离心泵叶轮进行结构分析 ,获得 了 离心泵叶轮在不 同工况下的等效应力及变形情况 , 分析了叶轮最大等效应力和最大总变形随流量的变 化情况;文献[11]等采用单向流固耦合方法对斜流 泵叶轮耦合系统进行仿真计算 ,并分析叶片应力集 中区域及变形位置。 以上成果多为研究离心泵、轴流泵等叶轮强度, 随着研究的深入 ,对 斜流泵叶轮强度分析也逐步加 强 ,但针对多工况条件下斜流泵叶轮强度分析相对 较少 。本研究选取不同流量工况,通过 CFD软件分 别对斜流泵内部流场进行数值分析,并基于流固耦 合法在 ANSYS Workbench中搭 建流 固耦合模 块对 斜流泵叶轮强度进行数值计算 ,分别得 出不 同流量 工况下叶轮应力集 中点 以及变形分布情况 ,为斜流 泵叶轮结构设计和强度优化提供参考。 1 计算模型及网格划分 1.1 计算模型 斜流泵模型主要参

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