【摘要】： 泵轉(zhuǎn)子正朝著大功率、高轉(zhuǎn)速的方向發(fā)展,在運行的過程中必然要跨越一階甚至是二、三階的臨界轉(zhuǎn)速,‘多級泵轉(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,為了保證多級離心泵轉(zhuǎn)子的平穩(wěn)運轉(zhuǎn),避免其在接近其臨界轉(zhuǎn)速時產(chǎn)生共振而影響泵的壽命,設計時需要準確計算其在工作狀態(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行計算,并在最后用傳遞矩陣法進行了對比驗證。 本文以一臺改型多級離心清水泵為主要模型,利用CFD技術對整體流道模型進行啟動階段的瞬態(tài)三維流場數(shù)值模擬,對比研究了流固耦合對流場模擬結(jié)果的影響,預測了多級泵在啟動階段的性能曲線,獲得了葉輪、導葉等部件的速度、壓力分布,捕捉到泵在啟動過程中的特殊流動現(xiàn)象,為后期的臨界轉(zhuǎn)速計算奠定基礎；對于浸液轉(zhuǎn)子來說,流固耦合作用不僅對流場產(chǎn)生影響而且對臨界轉(zhuǎn)速的影響也顯而易見,文中通過建立多級泵轉(zhuǎn)子部件實體模型,對轉(zhuǎn)子部件進行流固耦合及有預應力的模態(tài)分析,初步探討了流固耦合作用和旋轉(zhuǎn)軟化效應對臨界轉(zhuǎn)速的影響；文中還對比了鄧克萊法與有限元法計算轉(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、支承剛度對轉(zhuǎn)子固有頻率的影響,并計算了轉(zhuǎn)子在不同轉(zhuǎn)速下的“濕態(tài)”臨界轉(zhuǎn)速。最后運用傳遞矩陣法對彈性支承下的轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速進行了計算對比,計算結(jié)果表明： 1)數(shù)值模擬預測的設計工況性能與試驗值吻合較好,啟動的各個階段比較準確的反映了在不同的轉(zhuǎn)速下多級離心泵內(nèi)部的流動狀態(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,準確地簡化支承,合理地確定支承的剛度和阻尼矩陣是準確計算臨界轉(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,因此相對于“干態(tài)”的臨界轉(zhuǎn)速有很大差別。 多級離心泵轉(zhuǎn)子部件在“濕態(tài)”下的臨界轉(zhuǎn)速計算,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)子動力學、彈性力學和流體動力潤滑理論及密封動力學的知識,是個非常復雜的過程,本文的計算結(jié)果為今后的研究提供了參考,并為多級離心泵轉(zhuǎn)子的結(jié)構校核提供依據(jù)。
【圖文】：

速度入口邊界條件適用于不可壓縮流動問題，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，對于計算可壓縮和不可壓縮問題都適用，需要指小、流動方向以及初始靜壓的大小。邊界條件通常設置為出流(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。本文的流動計算與分析主要是為了確定多級泵個時間段轉(zhuǎn)子所受的流體作用力，，并預測多級泵的啟動性能，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，相應地，入口處就采用壓力入口邊界條件。處均采用無滑移邊界條件。以葉輪為代表的移動壁面采用旋轉(zhuǎn)參相對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坐標。

括前、后部吸入段，前、后部吐出段，四個葉輪的流道模型和兩個導葉的實體模型(導葉的流道模型是在ANSYS中填充、剪切得到)。對計算域進行實體造型時，葉輪的中心軸線與z軸重合。具體模型見圖2.2。(a)葉輪流道(b)正導葉(。)反導葉(d)導葉流道
【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：TH311

【引證文獻】

相關期刊論文 前1條

1 邱海飛;吳松林;;DG46多級泵轉(zhuǎn)子組件動力學建模與分析[J];礦山機械;2013年02期

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1 蔣愛華;流體激勵誘發(fā)離心泵基座振動的研究[D];上海交通大學;2012年

2 王振;大功率齒輪調(diào)速裝置關鍵設計技術研究[D];機械科學研究總院;2013年

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1 馬運通;600MW超臨界機組汽動鍋爐給水泵水動力及臨界轉(zhuǎn)速的分析與計算[D];蘭州理工大學;2012年

本文編號：2635837