轴流泵叶片有限元分析

轴流泵叶片有限元分析　口王本武李庆刚　四川・成都６１００３９）　（西华大学能源与环境学院摘要：利用ＵＧ软件建立轴流泵叶片的三维模型，采用ＡＮＳＹＳ　ＣＦＸ软件计算得到叶片上下表面的水压力分　布，通过ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ软件强大的耦合分析功能将水压力加载到叶片有限元模型上，最后利用ＡＮＳＹＳ软　件进行求解计算，得到应力分布结果，根据第三强度理论做应力评定。　关键词：轴流泵ＵＧ流固耦合应力分析　文章编号：１００７．３９７３（２０１３）００３．０２１．０３　中图分类号：ＴＨ３１２　文献标识码：Ａ　ｌ引言　轴流泵属于低扬程、大流量型泵，结构简单，使用方便，主　要用于农田排灌．也可用于城市给水排水、热电站中输送循环　水、船坞升降水位等。　ＵＧ的一个最大特点就是混合建模，在一个模型中允许存　在无相关性的特征。如在建模过程中，可以通过移动、旋转坐　标系创建特征构造的基点，在曲面造型中将会充分体现出米。　ＡＮＳＹＳ软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一　体的大型通用有限元分析软件，是现代产品设计中的高级ＣＡＥ　工具之一。ＡＮＳＹＳ很早便开始进行流固耦合的研究和应用，　目前ＡＮＳＹＳ中的流同耦合分析算法和功能已相当成熟，可以　通过或者不通过第三方软件（如ＭＰＣＣＩ）实现ＡＮＳＹＳ　Ｍｅｃｈ．　ａｎｉｃａｌ　ＡＰＤＬ＋ＣＦＸ、ＡＮＳＹＳ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ＡＰＤＬ＋ＦＬＵＥＮＴ、ＡＮ．　图１叶片翼型空间型线　ＳＹＳ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ＋ＣＦＸ的流固耦合分析。　２叶轮模型的建立　液休在轴流泵叶片内的运动，是一种复杂的空间运动。任　何一种空间运动都可以认为是三个互相垂直的运动合成。研　究水流在轴流式叶片中的运动时，为了方便起见，我们采用柱　坐标系。在分析和设计轴流泵叶片时，提出了圆柱无关性假　设。液体质点在以泵轴线为中心的圆柱面上流动，且相邻圆　柱面上的液体质点的运动互不相关。即在叶轮的流域中，不　存在径向分速度，圆柱面即流面。　根据圆柱层无关性假设，可以把叶轮内复杂的运动简化　为圆柱流面上的流动。：　叶轮内可以作Ⅱｊ很多这种圆柱面，　圆柱面沿母线割开后，可以展开在平面上。圆柱面和各叶片　∞∞　图２叶轮三维实体模型　３叶轮有限元模型的建立　相交，其截面（翼型剖面或翼型）在平面上构成一组叶栅。　叶片与轮毂连为一体，泵运行过程中叶轮与叶Ｊｌ【＿无相对　由上述分析可知，轴流泵叶轮叶片主要由圆柱面上的型　运动，在约束施加的过程中将轮毂完全　定即可。轴流泵在　泵内水流场极　不均匀，　线组成，在水力图上，每条型线都有若干各点的圆柱坐标组成。　正常运行时，叶片在泵壳内高速旋转，　利用这一点我们可以将叶片各断面木模图导入ＵＧ中，然后通　叶片表面所承受的水压力在空问上呈无规则变化状态，并目．过一系列的平移，旋转，投影命令得到轴流泵叶轮圆柱面上的　水压力是在ＡＮＳＹＳ　ＣＦＸ中计算得到的，可以通过ＡＮＳＹＳ　ｋｂｅｎｃｈ强大的耥合功能加载到叶片有Ｉ￣５ｉ模型上。　型线，将各型线用样条曲线连接起来，生成沿各型线曲面，并　Ｗｏｒ将所有曲面缝合，最后实休化模型得到轴流泵叶片三维模型。　在计算复杂空间扭曲结构的三维模型时，实休单元ＳＯ．　ＬＩＤ９２具有良好的适应性，故Ｉ１　ｆ‘轮单元采用ＳＯＬＩＤ９２　面休　图ｌ为叶片翼型空间型线，图２为叶轮三维实体模型。　轴流泵具体几何参数如下：　单元进行网格划分，在ＡＮＳＹＳ　Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ的网格处理器中采　轮毂直径ｄ＝ｌ００ｍｍ，叶轮外径Ｄ＝３００ｍｍ，１－ｒ片数Ｚ＝３，　用半自动方法生成叶片网格，对叶片根部靠近应力释放槽的　转数ｎ＝１４５０ｒ／ｍｉｎ，弹性模量Ｅ＝２．０６ｘ１０２ＧＰａ，泊松比ｕ　过渡区域的网格由手动进行更细网格密度的划分，生成的有　＝０．３，密度９＝７８５０Ｋｇ／ｍ　，叶片材料为ＺＧＯＣｒｌ３ＮｉＭｏ，屈服　限元网格如图３所示。本文共划分四面休单元７９６８５，节点总　数１２７０８３。采用国际标准单位制。　极限ｄ。＝５５０ＭＰａ。　——斟协论Ｉ云・２０１３年第３期（下）——　浅谈城乡电网中电气设备的运行与检修　口林伟国　（福建省罗源县供电有限公司福建・罗源３５０６００）　摘　要：随着国家电网公司“大运行”与“大检修”体系的提出，我国城乡电网中电气设备的运行与检修工作成为　电网关注与整合的重点。对我国现阶段电气设备的运行与检修工作现状展开分析，并结合电气设备运行的技术　特点，对典型电气设备的运行与检修技术展开研究，进一步提出提高电气设备运行与检修水平的措施。　关键词：城乡电网　电气设备运行检修　中图分类号：ＴＭ８６２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００７．３９７３（２０１３）００３．０２３．０２　ｌ引言　在运行和检修方面的管理模式已经不能再适应新时期精益化　国家电网公司提ｉｌＩ建设坚强智能电网的战略决策，持续　管理的需求，亟需完善相关的运行和管理体系，整合运检业务，　加大对新建与改造城乡电网的投入。城乡电网是与用户端结　强化对设备运行状态的管理，以不断提高电气设备运行的可　合最紧密的环节，电网中电气设备的安全稳定运行对保障用　靠性和供电的优质水平。　户用电、提高电能质量有着密切关系。　然而，由于员工素质差异、对待整合的认识不够、运行管　运行于电网中的电气设备，因承受各种电应力与机械应　理精益化水平不高等原因，目前我国电网，尤其是城乡电网的　力，对自身的电气特征、绝缘性能等都存在影响，所以，在运行　运行与检修水平还有待提高。运行与检修仍采用传统的计划　工作中，应定期对电气设备进行维护和检修，确保电气设备运　检修形式，具有明显的周期性和强制性，而且检修时间固定，　行的可靠性。电气设备的运行与检修是一项较为复杂的系统　因为运行检修方法不当或时间选择不合适等导致的设备隐患　工程，下文中，将结合笔者自身工作实践，对城乡电网中常见　未能被及时发现，最终导致系统安全问题的情况依然存在。　电气设备的运行与检修展开讨论。　要想做好电气设备的运行与检修工作，必须对电气设备　２电气设备的运行与检修工作现状　运行的技术特点有熟悉了解。下文中，笔者将结合自身工作　卜二五”期间，以特高压电网为骨干网架的国家电网将　经验，对电气设备运行的技术特点以及电力系统关键元件一　逐步建成，日益复杂的运行环境对系统的运行与检修维护提　变压器、输电线路、高压开关设各、互感器等的运行和检修方　出了更高的要求。基于此，国家电网提出了构建“大运行”与　法展开分析研究。　“大检修”体系的要求。经过整合后，在国家电网的地市公司　３电气设备运行的技术特点　以及县公司层面，将变电站维护性检修业务、运行业务相关的　３．１受外界因素影响大　技术人员进行合并，成立专门的变电运维工区，对ｌｌ０ｋＶ及以　大部分的电力系统一次设备（如变压器、输电线路和高压　下的输变电设备推行运维一体化。　开关设备等），都在户外环境下运行。恶劣的自然环境或气候　目前，我国电网普遍采用的是传统的生产管理组织结构，　因素都有可能对设各的电气性能、绝缘性能以及安全寿命带　最大等效应力为５９．４ＭＰａ，屈服极限５５０ＭＰａ，安全系数为　（ｓｚｉｉ２０１　１－００７））　５５０／５９．４＝９．３，满足第三强度理论要求。故在此流量及转速下　轴流泵的ｎ－ｔ－Ｊ＝￣－是偏安全的，满足此工况下的强度要求，不会发　参考文献：　．　生结构上的破坏。　［１】　关醒凡．现代泵技术手册【Ｍ】．北京：中国宇航出版社，１９９５．　５总结　【２】杨敬江．轴流泵水力模型设计方法与数值模拟研究【Ｄ】．江　利用ＵＧ软件可以快速的实现模型的建立，并且可以无缝　苏大学，２００８．　导入ＡＮＳＹＳ软件中进行应力分析。轴流泵叶片根部存在明　【３】　朱心雄．自由曲面造型技术【Ｍ】．北京：科学出版社，２０００．　显的集中应力，主要是由于轴流泵叶片与轮毂的连接处存在　【４】赖喜德．叶片式流体机械的数字化设计与制造【Ｍ】．成都：　形状突变，而形状的突变正是集中应力的诱导因素。所以在　四川大学出版，２００７．　轴流泵的制造过程中可以采取倒圆角使叶片与轮毂圆滑过渡，　【５】魏峥．ＵＧＮＸ基础与实例应用［Ｍ】．北京：清华大学出版社，　加厚叶片根部等方法，使叶片能获得更好的力学性能。随着　２０１０．　流量的变化，轴流泵叶片上的水压力也会跟着变化，所以可以　【６】　王福军．计算流体动力学分析—ＣＦＤ软件原理与应用　分析不同流量下轴流泵叶片的应力分布。　［Ｍ】．北京：清华大学出版社，２０１０．　（流体机械四川省高校重点实验室基金项目资助　——斟协论Ｉ云・２０１３年第３期（下）——