有限元法在循环泵叶片强度分析中的应用.pdfVIP

研究与 一一 漱 蜀 有限元法在循环泵叶片强度分析中的应用 王 坤，王建国，甘世明，闫丽霞，杨 春 (内蒙古工业大学机械学院， 内蒙古呼和浩特 010051) 片强度校核是建立在理想模型基础上的，必然将存在近似误差。针对误差对叶片的强度影响程度来进行三维 实了有限元法的实效性。采用三维实体建模的方法，以叶片的实际工况为输人条件，通过专业有限元软件计 布情况，并且计算了安全系数，然后与叶片的传统校核强度比对，分析误差原因，最终 误差；结构强度；有限元法 中图分类号：TP391．9 文献标识码：A 文章编号：1009—9492(2010)09-0077-03 1引言 循环泵是一种高比转数水泵，其特点是流量大，扬程 低．主要用于农田排灌、防洪排涝、城市给水排水跨流域 调水工程，发电机组的锅炉给水泵等，我国现在使用的设 计方法是2O世纪50年代从苏联引进的，基本上是以斯捷 潘诺夫 (Stepanoff)的速度系数法为基础的经验统计法， 20世纪90年代纽曼出版的 《离心泵几何形状与性能的相 压永室 互关系》使叶片泵的设计有了质的飞跃。但是这些设计方 法都是以经验为基础的水力设计方法，也就是说都是简化 后的理想模型．并没有从叶片的实际结构强度出发，所以 往往设计的叶形满足水力设计要求，却不满足结构设计要 求。这就需要多次反复设计才能实现。本文探讨了使用有 限元分析的方法对叶片强度进行分析，得到了复杂叶形的 应力分布情况．从而为优化结构设计和减少反复设计提供 了参考依据。 2循环泵工作原理及设计工况 吸水室 电动力机驱动泵轴旋转，高速旋转的泵轴再带动叶片 同步旋转，进而通过叶片把能量传给液体 (流体)，使工 图 1 循环泵装配关系图 作液体的能量 (动能、势能以及压力能)增加，然后通过 其它水力部件的配合，保证高效、稳定、安全地传递流 3循环泵叶片的研究方法 体。如图1所示，循环泵的工作原理主要是通过叶片完成 如图2所示．为有限元分析的一般步骤。为了模拟叶 的．在叶片的下表面形成了负压区，使水被吸入，在正压 片工作的实际情况。克服有限元软件不能构建复杂的空间 区使气压大于标准大气压P0，使水排出。设计任务的工况 曲面的弱点．采用了专业的CAD软件PRO／ENGINEER2．0 是动力机传递扭矩：4156N·m，工作压力：5．7m，水柱产 对叶片进行三维实体建模工作，从实体模型中提取精确的 生的压力及叶片底端负压 ：一0．015MPa，同时叶片以 数据 (包括叶片的中心位置，叶片的惯性矩、叶片的截面 500r／min转动．验证叶片是否能满足设计要求。 面积等)。通过PRO／E2．0与Ansys10的接口，把实体模型 收稿日期：2010—04—03 与开发 (2)荷及边界条件 1)相对工作轮个体，所受外力 ①叶片上下表面受到压力。上表面受到5．7m的水柱 压力转化成表面压强0．156MPa，下表面受到1．5m的水柱 压力转化成表面压强一0．015MPa(负压)。这样就使叶片上 表面