大型潜水轴流泵转子部件湿模态数值模拟

为了得到大型潜水轴流泵在水介质中的模态分布,并分析水介质对结构模态的影响,该文采用UDF二次开发,运用ANSYS WORKBENCH和APDL命令流耦合的方法,对特大型潜水轴流泵的轴系转动部件进行了考虑预应力情况下的湿模态数值模拟,分别计算了定常和非定常状态下预应力和不存在预应力情况下的固有频率和振型,以及转子部件在真空（干模态）和清水介质（湿模态）中的固有频率和振型,研究了预应力和清水介质对结构模态的影响。分析了不同情况下造成模态分布差异的原因,为下一步进行更加复杂的动力学分析、疲劳分析以及结构优化奠定基础。     

潜水轴流泵结构动应力分析

采用CFX 和Workbench软件在多工况下对潜水轴流泵的转子部件进行耦合计算,分析了转子部件在流体作用力、离心力以及重力作用下的应力、应变的分布规律,指出转子部件由于变形过大以及强度不足而引发失效事故的可能性.结果表明:轮毂受到的轴向力方向与叶轮受到的轴向力相反,且其受到的轴向力随着流量的增大而增大,在大流量情况下,轮毂可起到平衡轴向力的作用.从径向、轴向和周向变形可以看出,径向变形极小,周向变形最大,是叶轮的主变形,说明了扭矩在整个变形中占据了主要作用.叶片背面的压力值明显低于工作面,在叶片工作面靠近进口侧轮毂处附近区域出现较高应力区,会产生应力集中现象,且随着流量的增大,主应力减小.对水泵进行静力结构分析、强度校核,不仅可以降低事故的发生率,而且可以为轴流泵的水力优化设计提供有力的参考.     

基于CFX与Workbench耦合的轴流泵的内外特性

为了研究耦合作用对1 000 kW级大型潜水轴流泵流场内外特性的影响,采用ANSYS Workbench和CFX耦合的方法,对该潜水轴流泵轴系转动部件进行了非定常数值模拟计算和非定常双向耦合数值计算,得出耦合作用前后2种情况下该潜水轴流泵的外特性以及内流场压力脉动分布情况,并对比分析了耦合作用对该潜水轴流泵外特性以及叶轮进出口压力脉动的影响.计算结果显示,相比于非耦合作用,耦合作用下轴流泵外特性,无论是扬程还是效率都呈现下降趋势,但是降幅极小,大约为1%;耦合作用前后,叶轮进口监测点压力脉动变化趋势相同,但是各阶段频率对应的振幅会略微提高,监测点越是靠近叶轮进口轮缘位置(最大变形位置),振幅增大的幅度越大,点I₆(靠近最大变形位置处)主频对应的振幅幅值提高了3%左右,而距离此位置越远,影响越小.     

机电一体化轴流泵间隙泄漏流流动特性

为研究机电一体化轴流泵间隙泄漏流对泵内流场结构的影响规律及机制,该研究基于RNG k-ε湍流模型,利用ANSYS CFX仿真软件对该泵进行不同流量工况(1 674～2 510 m³/h)的全流场瞬态数值模拟。具体分析该泵压力、湍动能和涡量场分布情况,研究转子摩擦损耗和泄漏量随流量变化的关系,并揭示径向速度和叶轮效率的变化规律,明确机电一体化轴流泵的泄漏流流动特性。研究结果表明：在额定工况(2 092 m³/h)下,机电一体化轴流泵电机转子外壁面的机械摩擦损耗扭矩占泵总扭矩的19.1%,且占比随流量的增加而增大;流体流经该泵电机定转子间隙并泄漏回流至叶轮入口,形成射流,使得叶轮入口轮缘位置存在明显的径向流动。该流动导致叶轮流道内径向系数为0.9～1.0的近轮缘位置出现高湍动能、强涡量区域,引起该区域水力损失增大,水力效率降低,且流量越小,影响越为显著。因此,机电一体化轴流泵节能设计的重点在于电机与叶轮协同设计,在满足水力性能的前提下尽可能降低转子摩擦损耗以及间隙泄漏流流动对叶轮进口流场结构的破坏。研究结果可为机电一体化轴流泵的研究及性能提升提供...