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軸流泵葉片的強度有限元分析

發布于:2022-05-20 20:33
有限元分析

      軸流泵在制鹽、灌溉和其它輸送液體的工業中得到廣泛的應用,其效率成為提高經濟效益的重要指標,而其葉片的水力效率又是影響泵效率的關鎮因素。因此,葉片設計合理與否就很重要了。在升力法設計葉片過程中,會遇到強度和厚度的確定問題。葉片厚度偏大,安全系數就過大,這會增加葉片的重量且影響水力效率,葉片過薄,強度就不夠,且難以鑄造。因此,合理地確定厚度成為葉片設計急需解決的向題。用升力法設計軸流泵葉片的厚度是根據經驗公式計算,具有一定盲目性。
      本文以軸流泵為例通過對葉片進行有限元分析,一方面,對原設計的葉片進行了強度校核,另一方面,為升力法設計葉片選擇較合理的厚度提供依據。
按軸流泵以穩定轉速運行時的葉片受力情況進行分析。
      (1)由文獻可知,對于選用脆性材料的軸流泵葉片,許用安全系數就可滿足強度要求。安全系數n=10的葉片則過于安全。選擇許用安全系數n=5,那么葉片強度儲備系數輪緣的葉片翼型最大厚度可根據此確定。
      (2)從其它截面的應力情況來看,應力值較小,其安全系數裕量更大,這些翼型的厚度可盡量選小,但必須滿足升力法設計葉片和鑄造加工工藝要求。
      軸流泵葉片為空間受力,圖為力學模型圖,Yz平面內葉片上表面受Z方向的液體壓力,圖(b)為XY平面內受由轉速引起的徑向離心力。
      由于葉片是很不規則的曲面形狀,為了適應這種形狀,采用了SAPS程序中第八類型8~21節點三維實體等參數單元。圖3為葉片網格劃分情況,劃分節點224個,8~21節點單元79個。
      微機上進行的,輸出的是單元形心位置的各向應力,根據彈性力學可求出三個主應力,圖3所示各截面位置的翼型中的單元形心位置最大主應力大小的分布情況見圖7,圖7還注明了各截面的最大應力值。從應力分布圖可知:
      (1)應力最大的單元為第9號17.08MPa。
      (2)從輪緣截面到輪轂各截面應力增大。
      (3)在輪毅處葉片邊界約束的節點所在單元上應力出現了“駝形”。
      (4)從應力變化速度來看,截面b與a上單元應力變化較快,其最大應力相差約7MPa。
      有限元分析總結:
      (1)軸流泵葉片的強度計算可用有限元法來進行,以往傳統的強度校核計算不夠精確。
      (2)用有限元法計算出來的葉片應力分布情況可為升力法設計葉片的厚度確定提供可靠的依據。
      (3)本文計算結果已被遼寧鹽業機械廠所采用,對原葉片進行了改進設計,取得了滿意的效果。


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