【摘要】： 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(guò)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,并在最后用傳遞矩陣法進(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(guò)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(lái)說(shuō),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(jiàn),文中通過(guò)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。最后運(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(guò)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)。
【圖文】：

速度入口邊界條件適用于不可壓縮流動(dòng)問(wèn)題，需要指定速或者各速度分量;壓力入口邊界條件通常用于流體在入口處的壓度未知的情況，對(duì)于計(jì)算可壓縮和不可壓縮問(wèn)題都適用，需要指小、流動(dòng)方向以及初始靜壓的大小。邊界條件通常設(shè)置為出流(outflow)或者質(zhì)量流量出口(massflowr件適用于出口處的壓力或者速度均為未知的情形;質(zhì)量流量出口變化規(guī)律的情況。本文的流動(dòng)計(jì)算與分析主要是為了確定多級(jí)泵個(gè)時(shí)間段轉(zhuǎn)子所受的流體作用力，，并預(yù)測(cè)多級(jí)泵的啟動(dòng)性能，其化，從而使得流量也呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，所以出口采用質(zhì)量流量，相應(yīng)地，入口處就采用壓力入口邊界條件。處均采用無(wú)滑移邊界條件。以葉輪為代表的移動(dòng)壁面采用旋轉(zhuǎn)參相對(duì)于葉輪通道這部分流體的旋轉(zhuǎn)速度為零，以蝸殼等為代表的靜止的絕對(duì)坐標(biāo)。

括前、后部吸入段，前、后部吐出段，四個(gè)葉輪的流道模型和兩個(gè)導(dǎo)葉的實(shí)體模型(導(dǎo)葉的流道模型是在ANSYS中填充、剪切得到)。對(duì)計(jì)算域進(jìn)行實(shí)體造型時(shí)，葉輪的中心軸線與z軸重合。具體模型見(jiàn)圖2.2。(a)葉輪流道(b)正導(dǎo)葉(。)反導(dǎo)葉(d)導(dǎo)葉流道
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：TH311

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 邱海飛;吳松林;;DG46多級(jí)泵轉(zhuǎn)子組件動(dòng)力學(xué)建模與分析[J];礦山機(jī)械;2013年02期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 蔣愛(ài)華;流體激勵(lì)誘發(fā)離心泵基座振動(dòng)的研究[D];上海交通大學(xué);2012年

2 王振;大功率齒輪調(diào)速裝置關(guān)鍵設(shè)計(jì)技術(shù)研究[D];機(jī)械科學(xué)研究總院;2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 馬運(yùn)通;600MW超臨界機(jī)組汽動(dòng)鍋爐給水泵水動(dòng)力及臨界轉(zhuǎn)速的分析與計(jì)算[D];蘭州理工大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2635837