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.     

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.     

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。     

基于热流固耦合的LNG低温潜液泵转子部件模态分析

利用UG对LNG潜液泵进行三维造型,再以ANSYS Workbench为平台,对LNG低温潜液泵的转子部件进行热流固耦合计算,得出流场对固体结构部分的热流固耦合力,把热流固耦合力作为预应力添加到转子部件上.分别对转子部件进行无预应力和有预应力作用下的模态分析,基于计算结果,提取了转子部件的前10阶模态,并把2种情况下的模态进行比较.结果表明:除了七阶、八阶振动为轴的摆动,其他各阶的振动变形都表现在叶轮上;添加预应力之后,转子部件的各阶振型没有发生变化,但每一阶的固有频率都有轻微的变化,预应力对转子部件各阶固有频率的影响很小;九阶和十阶的固有频率比较接近泵的3倍叶频,有发生共振的危险,需要对转子部件进行优化设计,使前3倍叶频都能远离各阶固有频率,从而避免泵在运行过程中发生共振;在预应力的作用下,转子部件的各阶振幅也都有小幅度的变化.     

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.     

高温熔盐泵转子系统应力与模态的数值模拟

为了提高太阳能光热发电系统高温多级熔盐泵的运行可靠性,基于流固热多场耦合理论系统对熔盐泵在极端高温工况下的结构应力进行研究,对比分析高温转子系统在无预应力和有预应力(流场、质量力和温度载荷)作用下的模态特征.研究结果表明:熔盐介质的密度和黏度对外特性影响较小,清水测试结果可作为高温熔盐泵运行性能的参考;随叶轮级数增多,各级叶轮温度整体升高,且叶轮的温度变化呈中心对称分布,叶轮最高温度随流量减小整体上升;叶轮受到的主要应力来自流场与质量力载荷,且分布具有对称性;在叶片与盖板交线处有应力集中现象,在叶片尾缘处应力大幅上升至60.000 MPa以上;温度是引起叶轮变形的首要原因,随温度升高,叶轮变形量增大;转子结构的固有频率在有预应力下比无预应力时有较大程度提升,上升幅度为109%~498%,各阶振幅没有明显规律;熔盐泵临界转速值均偏离泵额定转速,避免了转子系统在运行中发生共振.研究结果可为高温熔盐泵设计开发提供一定的理论依据.     

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。     

多级离心泵临界转速及模型减缩分析

以多级离心泵转子为研究对象,采用商业软件分析了密封动力特性系数,并将密封动力特性系数考虑到湿态临界转速分析中。基于ANSYS软件建立了多级离心泵三维转子有限元模型,计算了干态和湿态情况下的临界转速。计算结果表明,考虑密封动力系数后湿态情况下,前3阶临界转速大于干态,第1阶临界转速为4 738 r/min,远大于工作转速2 980 r/min,临界转速满足设计要求。同时针对三维模型自由度多等特点,采用APDL程序对湿态下离心泵转子模型进行减缩,考虑了旋转陀螺效应和离心预紧力的影响。结果表明,模型自由度减缩了68%,临界转速最大误差为0.17%,稳态不平衡响应计算结果与原模型基本相同。     

轴向应力对多级离心泵转子临界转速的影响

借助ANSYS软件,运用有限元方法,在计算3×8 3/4-10stg HSB型高速多级离心泵转子干态临界转速的基础上,又分别计算了转子在湿态下支承刚度、陀螺力矩、流体软化作用、口环支承等对转子临界转速的影响,此后再计入轴向应力对转子临界转速的影响.结果表明,浸液转子仅考虑流固耦合作用计算出的临界转速仍然存在着偏差;在流固耦合的基础上,再考虑轴向应力对转子动力特性的影响后,一阶临界转速提高了21％,其余各阶也有所提高,说明轴向应力对转子系统的临界转速有较大影响,且轴向应力对提高转子的稳定性有积极的作用.     

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.     

矿用多级抢险排水泵气液两相流动特性分析

为研究气液两相流对矿用多级抢险排水泵性能的影响,以一台四级矿用潜水离心泵为研究对象,采用 ANSYS CFX数值模拟方法,基于Eulerian-Eulerian多相流模型,对不同气体体积分数,不同气泡直径、四级离心泵进行气液两相流定常数值模拟.模拟得到气液两相流下的矿用多级抢险排水泵性能曲线及转子轴向力,并对扬程、效率、转子轴向力进行分析对比,同时分析泵内部气体分布规律.结果表明:在气液两相流条件下,气泡直径、气体体积分数都对泵的外特性及转子轴向力有显著的影响,在大流量、气体体积分数比较高的情况下,矿用多级抢险排水泵的扬程和效率会急剧下降,并出现转子残余轴向力与正常运行条件下转子残余轴向力方向相反的情况;内部流动中,气液两相流条件下叶轮出口出现局部回流,回流从吸力面流向压力面.     

不同进水压力下水润滑轴承润滑特性试验研究

针对海水淡化高压泵水润滑轴承-转子系统在运行过程中由于进水压力的改变而带来的安全、可靠和稳定性等问题,以轴心轨迹以及周向压力脉动为主要研究目标,对干、湿转子在不同进水压力下水润滑轴承轴心轨迹数值模拟,并通过前期设计研制的海水淡化高压泵用水润滑轴承试验台对干、湿转子在不同进水压力下水润滑轴承运行过程中轴心轨迹及周向压力脉动进行试验研究.从计算和试验结果的总体变化趋势可以得知,进水压力对干转子情况下液膜形成的影响较大,而湿转子由于转子系统阻尼因素影响,进水压力对轴心轨迹影响变小,但整体变化趋势与干转子变化趋势相近,对系统整体而言在进水压力为0.2 MPa时,系统运行较为稳定,文中为进一步提高万吨级海水淡化高压泵系统稳定运行能提供了一定的研究基础.     

基于多重激励的悬臂式多级离心泵轴心轨迹研究

针对悬臂式多级离心泵易出现陀螺效应,造成转子失稳与泵机组振动等问题,根据理论公式计算所得的密封流体激励力、泵腔流体激振力和附加质量代入有限元模型进行仿真计算,得到悬臂式多级离心泵的轴心轨迹图,并分别与未加载3种激励力、只加载密封流体激励力与添加密封和泵腔流体激振力的计算结果进行对比分析,最后利用Bently 408型便携式数据采集系统对轴心轨迹进行试验,对仿真进行验证。研究结果表明:加载叶轮口环密封力能够提高转子系统的稳定性,并能有效降低径向位移幅值;泵腔中流体激振力增加了转子系统的交叉刚度,导致振幅增加;相比于密封流体激励力和泵腔流体作用力,流体附加质量对悬臂式转子系统的瞬态响应的影响更为显著。     

基于Ansys的矿用潜水电泵转子系统的优化设计

应用三维造型软件Pro／E对矿用潜水电泵过流部件内部水体和部件进行实体造型,导入ICEM软件对水体部分进行非结构化网格划分．基于雷诺时均Navier—Stokes方程、标准k—ε湍流模型和SIMPLEC算法,采用计算流体动力学软件CFX对矿用多级潜水泵不同工况下的外特性进行数值模拟,并将模拟结果与试验结果进行对比,验证模拟结果的可靠性．将流场模拟结果导入AnsysWorkbench,对两支点支撑方式的转子系统进行基于流固耦舍的模态分析,计算得到了原有转子系统的一阶临界转速低于运行转速．根据对转子振型特点的分析,对转子系统进行三支点优化设计,并再次进行模拟计算．结果表明：原有两轴承支撑转子系统临界转速过低,是轴承7217AC／DB提前损坏、密封环磨损严重的主要原因;三支点转子临界转速远大于泵的实际运行转速,可大幅度提高轴承可靠性,减缓密封环的磨损．     

SDZ310型超高压多级离心泵的结构特性

针对目前多级离心泵转子轴向力难以平衡以及级间密封长期运行易损坏的问题,通过对SDZ310型超高压多级除磷泵的结构特性进行研究,设计了一种节段式自平衡双壳体多级离心泵.该泵的转子部件上叶轮对称布置,自动平衡转子部件上的轴向力,使其具有较长的寿命和可靠的运行性能.特别解决了除磷泵在除磷工况下运行时,由于频繁变化的工况导致的转子部件的轴向力频繁变化,进而使其难以平衡的难题.通过一种带节流阀式的集中式供油及回油系统,使得该泵能够满足长时间运行时的润滑和冷却的需求.采用由镀铬精密研磨而成的螺旋反抽密封,能够保证该泵在运转过程中级间无泄漏,保证泵的容积效率,进而提高了整机效率.     

Vibration analysis of fluid- structure interaction in water hammer based on transfer matrix method

In consideration of the problem that the effect of conduit structure on water hammer has been ignored in the classical theory,the Poisson coupling between the fluid and the pipeline was studied and a fourteen-equation mathematical model of fluid-structure interaction(FSI)was developed.Then,the transfer matrix method(TMM)was used to calculate the modal frequency,modal shape and frequency response.The results were compared with that in experiment to verify the correctness of the TMM and the results show that the fluid-structure coupling has a greater impact on the modal frequencies than the modal shape.Finally,the influence on the response spectrum of different damping ratios was studied and the results show that the natural frequency under different damping ratios has changed little but there is a big difference for the pressure spectrum.With the decreasing of damping ratio,the damping of the system on frequency spectrum is more and more significant and the dispersion and dissipation is more and more apparent.Therefore the appropriate damping ratio should be selected to minimize the effects of the vibration of the FSI.The results provide references for the theory research of FSI in the transient process.     

不同压出室下叶轮切割对离心泵性能影响

为研究2种不同压出室下叶轮切割对离心泵性能的影响,以及单级单个叶轮切割与多级下单个叶轮切割的差异,基于N-S方程、标准k-ε湍流模型和SIMPLE算法对MD-280-43×6型多级离心清水泵进行三维数值模拟.计算结果表明:以单级单个叶轮为切割目标时,随着切割量增大,螺旋形压出室的水力效率变化趋势比径向导叶式压出室的变化趋势更为明显,压水室水力损失每叶轮2%切割量,损失平均增长分别为0.360,0.193 m,2种压出室内部动压分布及对叶轮所产生径向力的变化趋势有明显差异;以多级下单个叶轮切割与单级单个叶轮切割的对比为目标时,对于径向导叶式压出室离心泵和螺旋形压出室离心泵,其水力效率、扬程、内部湍动能分布与各种单级单个模型平均偏差分别为1.644%,0.279%,2.090 m,1.573 m,1.302 J/kg,1.548 J/kg;不同压出室下叶轮切割特性的研究,应考虑压出室所带来的差异;多级泵叶轮切割特性研究时,应尽量回归多级环境进行研究.