超低比转数自平衡多级离心泵转子模态分析

为了掌握多级离心泵转子振动特性,避免泵运行中发生共振,保证水泵运行的稳定性,基于软件ANSYS Workbench对超低比转数自平衡多级离心泵转子进行模态分析.计算对比干态无流场预应力、干态有流场预应力及湿态有流场预应力3种情况下泵转子各阶次的固有频率,并提取泵转子的前8阶模态对应振型进行分析.结果表明:3种情况下,转子各阶反进动固有频率均小于同一阶次下的正进动频率;干态有流场预应力相比无流场预应力情况下各阶固有频率略有提高,说明流场预应力对泵转子起到一定的应力刚化作用;湿态下水对转子的质量力、黏性以及阻尼的影响会显著降低了泵转子各个阶次的固有频率,湿态下水的附加力对转子的模态影响更为明显;对比转子的前4阶振型,发现3种情况下转子各阶次的振动形式和最大振幅出现位置基本相同,其中第三阶为绕轴心的扭转振动,其余3阶振型对应为不同方向和不同形式的弯曲振动.     

紧凑型磁力泵模态计算与分析

为保证磁力泵机组安全运行,验证其结构设计的合理性,运用Pro/E软件对泵主要结构部件进行实体造型,结合压力脉动中轴频、叶频及其谐频的影响,基于ANSYS Workbench对紧凑型磁力泵进行模态计算与分析.计算结果表明:有、无预应力下,磁力泵各部件前6阶模态的固有频率与振幅变化趋势一致,各部件各阶固有频率随阶数的增加不断升高.相同阶数下,有预应力时较无预应力时部件固有频率的变化幅度不大.作为紧凑型磁力泵内的旋转部件,叶轮转子体模态的变形主要集中在叶轮流道出口处的前后盖板附近;静止部件蜗壳泵体的变形在进口管处较明显,在泵体与电动机的法兰连接处基本无变形;静止部件隔离套的圆筒壁面中部易发生变形.紧凑型磁力泵各阶模态的固有频率均远离流动诱导激励频率,不易发生共振,计算结果证实紧凑型磁力泵结构设计合理,并为未来类似结构磁力泵的结构设计与优化提供了一定的参考.     

八级离心泵转子临界转速分析

针对多级离心泵扬程高、转速高的特点,应用转子动力学对该泵的运行可靠性进行了研究。采用数值模拟的方法对整个转子振动模态进行分析,得到转子5阶固有频率和相应振型图。以转子部件固有频率作为基础,计算得到转子部件的"干"临界转速。通过流固耦合的研究方法,分析有预应力的模态计算,得到转子部件的"湿"临界转速。研究结果表明,相同阶时"湿"临界转速小于"干"临界转速。转子部件一阶"湿"临界转速为5 074 r/min,远大于实际额定转速的2 980 r/min,表明所设计的泵转子符合结构动力学设计要求。     

1 000 MW级核电站离心式上充泵转子轴系的扭振特性

为研究1 000 MW级核电站离心式上充泵转子轴系扭振特性,应用Pro／E和ICEM软件对水体部件进行三维造型和网格划分,借助现代CAE技术,并采用有限元分析软件Ansys对上充泵转子轴系的扭转振动特性进行数值计算,通过扭振分析得到转子轴系在不同转速下的扭转振幅．结果表明:采用三支撑转子轴系的结构稳定性相比于两端支撑的转子轴系各阶固有频率都有明显提高,这有助于减小上充泵运行时的振动和噪声;在4 900 r／min的转速下转子轴系发生了较为明显的一阶扭转共振,引起共振的主要原因是电动机驱动力矩的6次谐波分量频率和转子轴系的一阶扭振固有频率的整数倍接近;上充泵设计运行转速为4 500 r／min,转速与转子轴系各阶临界转速值相差较大,其转子轴系的扭转振幅较小,不会发生扭转共振,表明所设计的转子轴系结构是合理的．     

预应力下矿用抢险排水泵转子部件湿模态计算

为计算多级泵运行过程中转子部件的模态特征,以某多级矿用抢险排水泵为研究对象,分别建立流场模型和转子部件模型,重点基于流固耦合技术,在ANSYS WORKBENCH平台上计算流场预应力下的转子湿模态.此外,还分别计算了无预应力下的湿模态和不同转速下的干模态,得到了不同情况下的模态分布,分析了造成模态分布差别的原因.结果表明:真空中,转子转速发生改变时,其相应固有频率有一定程度变化;在流体介质中,转子各阶临界转速较真空中均有不同程度的降低;而预应力对于转子动力特性有较大影响,预应力下转子的固有频率有较大幅度上升;其次,随着阶次升高,预应力下湿模态的变形量逐渐超过干模态,两者振型亦存在差异,流场介质的阻尼同样是影响转子动力特性的又一重要因素.转子部件的湿模态计算对合理的结构设计和转速的选取具有重要的指导意义.     

余热排出泵水中模态分析

为了真实反映转子在水中振动情况,基于流固耦合动力学方程,采用ANSYS WORKBENCH有限元软件,对余热排出泵转子进行水中模态分析.分别计算了转子在空气中,预应力下及水中模态分布,得到相应固有频率及振型,并对比分析预应力和水附加质量对转子振动性能的影响.分析结果表明,预应力提高转子固有频率,变化率为4.42%~22.41%,并且主要提高扭转方向固有频率;水附加质量降低转子固有频率,变化率为4.69%~11.5%,阶数越高,变化率越大,与振动方向无关.在此基础上,根据核电要求对余热排出泵转子临界转速进行计算校核.计算得:第一临界转速5 475.6 r/min和第一扭转临界转速6 694.2 r/min远远超过运行转速1 490 r/min,水力激振频率173.8 Hz也处在安全范围内,符合核电要求.     

一种立式长轴泵转子临界转速的分析

立式长轴泵运行中振动的产生受多种因素的影响,而转子的刚度和临界转速是影响其稳定性和产生振动的重要因素.通过对立式长轴泵转子的刚度和临界转速计算,并利用有限元软件ANYSY对其建立三维有限元模型,进行动力学模态分析,得出应力分布情况及各阶固有频率,为保证立式长轴泵在运行中的稳定性和避免发生共振现象提供了重要理论依据.     

轴流泵转子系统水中模态分析

为了研究轴流泵转子系统在水中的模态以及水介质对于模态的影响,保障轴流泵机组高效稳定运行,避免发生共振,采用基于流固耦合的理论对ANSYS Workbench平台进行二次开发,通过编写APDL语言实现流体与固体计算方程的耦合,计算轴流泵转子系统在空气中以及水中的模态.结果表明:与流场计算不同,模态分析过程中对结构域进行三维建模时,不能将结构中的空心部分简化为实体;水介质的存在使得转子系统各阶固有频率均有下降,频率降低系数的幅度为7.95%~13.29%,各阶频率的下降系数未呈现出显著的规律性;轴流泵的叶片通过频率为15 Hz,导叶通过频率为25 Hz,这2个机组特征频率的值远小于转子系统在水中的各阶固有频率,可以认为轴流泵在工作过程中发生共振的可能性比较小.     

不同运行工况下轴流泵叶轮的模态分析

为了研究不同工况下预应力对轴流泵叶轮模态的影响,采用基于流固耦合的算法理论,结合在Work Bench平台中添加ACT插件的数值计算方法,计算并分析了泵装置在不同工况时叶轮的模态。研究结果表明:预应力的施加确实可以使叶轮产生"应力刚化"现象,但这种现象产生的实际效果并不明显,即使是在飞逸这样极端工况下,叶片固有频率的变化依然很小;额定转速时叶轮、导叶的叶片通过频率分别为5、8.33 Hz,远远低于叶轮的各阶模态固有频率,因此在实际运行时几乎不会发生共振现象。     

多平行轴斜齿轮转子系统耦合振动分析与计算

风电产业的迅速发展对风力发电机组齿轮箱运行的稳定性和高效性提出了很高的要求,为了降低由于振动导致的齿轮箱故障,提高机组工作的可靠性,需要探求降低齿轮箱故障的有效途径。文章以齿轮转子动力学为理论依据,以改变齿轮转子系统固有频率为目的,结合风力发电机组高速传动系统的实例,运用有限元方法,模拟齿轮转子系统在耦合与非耦合情况下的动态振动过程,计算系统的各阶模态值;研究改变系统元件的几何参数对系统固有频率的影响;提出改变系统固有频率避免共振的有效途径,并以风力发电机组的两级平行轴齿轮转子系统来验证方法的可行性。     

复杂工况下深海采矿混输泵有限元分析

采用流固耦合及有限元方法对布放和混输等复杂工况下3级深海采矿混输泵进行强度计算,分析了泵内流场分布、转子部件应力应变及临界转速,并进行了500 m级深海采矿混输系统海上试验.结果表明:设计流量下,混输泵的计算扬程为124.30 m,相对误差为0.27%;布放工况时,混输泵最大变形仅为0.365 mm,最大应力为73.971 MPa;混输工况时,泵最大变形为0.315 mm,最大应力为58.86 MPa;转子部件前3阶模态仅沿泵轴方向变形,并未发生扭曲,而后3阶模态呈“S”形扭曲变形;转子部件1阶固有频率对应临界转速为2 476 r/min;海试布放过程中混输泵安全可靠,混输工况下泵稳定运行时长超过57 h,实现了2次24 h连续无故障运行,且矿石颗粒体积浓度达到11.7%.     

基于ANSYS的某型号三轮摩托车车架的模态分析

对某型号三轮摩托车车架进行模态分析,获得了车架的前10阶固有频率值和相应的振型图,进而得出车架容易发生共振的频率区间.在此基础上把车架的各阶固有频率与该车在行驶时受到路面的激励频率和发动机运转时产生的振动频率相比较,得出该车架不会与发动机发生共振现象的结论.     

两种材质井窖移栽成穴头模态分析

为了探究不同材质的井窖移栽成穴头在井窖制作过程中对脱土减阻、入土能力和井窖成型质量的影响,利用UG软件建立三维模型,基于ANSYS有限元分析软件平台对钢制成穴头和尼龙-钢制成穴头进行了模态仿真分析。取前6阶模态,对2种成穴头的固有频率和最大振幅进行对比。结果表明:尼龙-钢制成穴头前6阶模态的平均振幅大于钢制成穴头,是其1.4倍;尼龙-钢制成穴头前6阶模态下各阶固有频率均小于钢制成穴头,低阶频率下更容易被激发发生共振变形;从振型发生的部位比较,尼龙-钢制成穴头的各阶振动变形均主要发生在部件下部小端处。由此得出结论:相对于钢制成穴头,尼龙-钢制成穴头在井窖的制作过程中,能增强其脱土减阻潜力,并增强了井窖壁强度,提高了成穴头入土能力。该研究可为成穴头材料的选择和井窖移栽机设计提供参考。     

带分流叶片水泵水轮机转子强度及模态分析

以带分流叶片的水泵水轮机为研究对象,基于CFD与FSI方法分析其泵工况下转子的振动特性,对3种开度即小开度9.8°、最优开度17.5°和大开度24.8°下的流场进行数值模拟,将额定工况下的流场结果导入转子结构实现单向流固耦合,对带预应力的转子模型进行形变与等效应力分析.此外,还计算了转轮的干湿模态,对比分析了不同条件下转轮的振动特性.结果表明:不同开度对应的预应力下转轮形变与等效应力分布规律相似,转轮形变主要发生在上冠低压侧.按ND(节径数)在转轮圆周方向划分振动扇区描述振型规律时发现,各扇区内转轮上冠、下环低压侧的振幅较大.湿模态下水介质对转轮振型影响不大,但会明显降低转轮的振幅.预应力对转轮固有频率影响较小,可忽略不计,但在湿模态下,转轮固有频率会显著下降,这表明分析结构振动特性时应充分考虑水介质作用.     

ZJ-200-25型螺旋离心泵转子静力学分析

为研究螺旋离心泵叶轮与转轴工作时的振动特性,以ZJ-200-25型双叶片螺旋离心泵为研究对象,建立了螺旋离心泵内部流场三维模型,并对其设计工况进行了数值模拟.建立转子部分的有限元模型,根据泵腔内流场压力分布,对转子进行了有预应力的静力学分析和模态分析,获得了转子的对载荷的响应信息、固有频率和对应的振型.结果表明：转子强度满足设计要求,应力最大的点位于叶片根部及轴肩处;转子为刚性,但其在工作时的叶片通过频率与前两阶固有频率比较接近,这说明转子的转速不尽合理,工作时产生共振的可能性较高.因此需要对螺旋离心泵转子结构进行优化设计,可通过更改轴承位置、重新设计轴向和径向尺寸以及更换轴的材料来实现.从而改变转子的固有频率,使固有频率能够避开泵内流动的激励频率,避免发生共振.     

双向轴流泵流固耦合动力特性分析

轴流泵作为低扬程泵装置的核心部件广泛应用于沿江沿海地区,其稳定性直接影响到整个泵装置的安全运行。因此,需要对轴流泵进行动力学特性分析保证泵装置的稳定运行。双向轴流泵作为一种新型轴流泵,兼顾排水与灌溉功能,采用双向叶轮。由于结构的特殊性,导致双向轴流泵动力特性有别于一般情况,需要对其进行详细研究。模态分析是一种动力学特性分析的方法,可以有效确定转子的固有频率与振型,防止共振的产生。采用WORKBENCH和APDL命令流耦合的方法对双向轴流泵进行湿模态分析。结果表明:预应力对转子固有频率影响较小;各模态阶数下的湿模态固有频率均低于干模态固有频率;在某些模态阶数下,叶轮叶片数,叶轮轮毂直径与材料属性对转子固有频率有明显影响。研究结果可以为双向轴流泵的结构优化设计与动力学分析提供一定的参考。     

不同收缩角下伞形风力发电机的模态分析

为了真实反映出伞形风力发电机在不同风速、不同收缩角(0°,30°,45°,60°)下的振动情况,借助ANSYS平台中的Modal模块对5kW伞形风力发电机进行有预应力的模态分析.将气动力、离心力、重力作为边界条件,模拟计算伞形风力发电机整机的前六阶模态变化与相应形变,并对整机在定风速和定转速情况下,一阶模态固有频率随收缩角的变化规律进行研究.分析结果显示,伞形风力发电机的固有频率和风轮工作频率、风轮3倍工作频率的相对差值分别为57.2%,-90.5%,可以完全避开共振,其设计是合理的;随着收缩角的增大,一阶固有频率减小,且转速对一阶固有频率的影响程度比风速大;摆振是低频区的主要振动形式,挥舞和扭转振动多出现在高频区;随着风速增大风力机的前六阶模态频率变化平稳,但随转速的增加上升幅度明显,而且离心力比气动力对风力机的动频影响作用更大.     

喷雾机喷杆有限元模态分析与试验

针对喷杆喷雾机在田间正常作业时由于路面凹凸不平所引起的喷杆振动问题,对一种五段式喷杆进行了研究。利用Pro-E建立了该喷杆的三维几何模型,并采用ANSYS对该喷杆的有限元模型进行模态分析,求解出喷杆的前8阶固有频率和模态阵型,结果显示:前6阶固有频率均在10Hz以下,喷杆容易发生共振。通过锤击法对该喷杆进行模态试验,对比有限元试验与模态试验,结果发现:喷杆前8阶共振频率差均小于10%,各阶振型所对应的模态置信准则都大于0.8,验证了理论分析的准确性。此次有限元分析可为喷杆的进一步优化设计和动力学分析提供理论依据。     

马铃薯土薯分离装置模态分析——基于ANSYS Workbench

运用三维造型软件Pro/E绘制一种马铃薯联合收获机土薯分离装置的实体图,应用ANSYS Workbench有限元分析软件对其进行模态分析,得到了分离装置前6阶的振型图。通过对振型图的分析可以发现:分离装置的前6阶振动固有频率随着阶次的增大而增加,其中前3阶频率变化较大,以分离装置主轴沿坐标轴轴向振动和弧形拨齿沿Z轴轴向平动或摆动为主,第4阶、第5阶、第6阶振动的各阶频率比较接近,主振型为弧形拨齿沿Z轴轴向摆动。通过模态分析,确定了前6阶振动固有频率范围内的各阶模态特性,同时也为更详细的动力学分析提供了前期基础。     

新型SRV摩托车车架动态特性分析

以一新型运动型多功能休闲摩托车车架为研究对象,采用有限元模态分析的方法,对车架振动模态进行了分析.得出了车架前十阶重要模态的固有频率和振型,并指出了路面不平度以及发动机往复惯性力激励对车架振动的影响.分析表明:路面不平度不会引发车架共振;发动机标定功率下的二阶惯性力频率与车架的一阶固有频率相等,将激起车架的一阶模态共振.根据分析结果对车架结构进行优化,改善了车架动态特性.