轴流泵叶片有限元分析
水平轴风力机叶片的结构设计与有限元分析
水 平 轴 风 力 发 电 机 是 将 风 能 转 换 成 电 能 的 主 要 设 备 ，而 风 力 发 电机 工 作 效 率 的 关 键 是 依 赖 于 风 机 叶 片 设 计 与 生 产 的 质 量 。 叶 片 质 量 的 好 坏 又 直 接 影 响 到 整 个 风 力 机 的 运 行 可 靠 性 和 寿 命 ， 由 于 叶 片 一 般 为 弹 性 结构 ， 再 加上 受 工作环 境 影响 ， 作 用 其 上 的 风 载 荷 具 有 随 机 性 和 突 变 性 ，使 叶 片 在 运 行 时 不 可 避 免 地 产 生 振 动。 叶 片 振 动 是 导 致 叶 片 损 坏 的 主 要 因素 ， 所 以 对 叶 片 的结构 动力 学特 性进 行分 析 成为 风力 机研 究 的重 要方
水平轴风力ｉ Ｉ ｉ 几 叶 片 的 结 构 设计 与 有 眼 元 分 新术
口 刘 涛 口 朱 旭 口 杨 成 口 孙会伟
兰 州 理 工 大 学 机 电 工 程学 院 兰州 ７ ３ ０ ０ ５ ０
摘 要 ： 设 计 了一 种 １ ． ５ ＭＷ 水 平 轴 风 力 机 叶 片模 型 ， 运用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ Ｗｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ对 叶 片 模 型 添 加 材 料 属 性 、 划 分 网格 、 施 加 载 荷 与 约 束进 行 有 限 元 分析 。进 行 了叶 片 在静 止 状 态和 有 预 应 力作 用 两种 工 况 下 的 结 构 模 态计 算 ， 分 析 了叶 片在 被 施 加 极 限挥 舞 栽 荷 作 用下 的 表 面 应 力 分 布 情 况 ． 计 算 了叶 片 的 最 小模 态频 率 和 最 大应 力 分布 情 况
截 面 翼 型 为 ＮＡＣＡ ６ ３系 列 ， 从 叶 根 沿 叶 片 展 向 方 向 ，
旋流泵无叶腔内部流动的有限元分析
旋流泵无叶腔内部流动的有限元分析旋流泵是一种常用的转子流体机械，能够有效地将流体从一个腔室转移到另一个腔室，广泛应用于工业生产、医学疗法、农业和水利等领域。
它具有传递灵活性强、流量稳定、操作安全可靠等优点，并且可以有效地把低压高流量的流体转换成高压小流量的流体。
然而，旋流泵存在工作效率低、起动电流大、强腔壁损坏比较严重等缺点。
因此，在研究和设计旋流泵时，需要对其内部流动进行精确的分析，这是解决上述问题的关键。
有限元分析是用于模拟力学系统的流体力学分析方法，能够模拟和分析流体流动过程中物理场的变化特性。
它具有计算精度高、计算简单、分析速度快、对不同类型的场可以精确模拟等优点，因此在旋流泵流动类型分析中有着广泛的应用。
首先，应用有限元分析建立旋流泵数值模型，定义其轴心、叶轮线圈、腔壁等参数，确定三维结构形状，绘制几何模型。
然后，具体分析旋流泵的流动特性，对流量、压力、温度等参数进行有限元模拟分析，可以获得流体流动通道、压力场、温度场等参数信息。
通过上述分析，可以清楚地了解旋流泵内流体的流态、损失、噪声等特性，并可以对机械结构和动力学参数进行优化、改进，从而提高旋流泵的工作效率。
有限元分析对旋流泵内部流动的研究不仅有助于探究旋流泵的内部流动机理，而且还可以指导其设计，提高工作效率，保证其安全有效的运行。
因此，采用有限元分析进行旋流泵无叶腔内部流动的研究是一个有效且实用的方法。
以上就是有关旋流泵无叶腔内部流动的有限元分析的一些介绍，有限元分析是一种有效的分析手段，可以深入了解旋流泵内部流动的特性，从而为旋流泵的设计和优化提供重要的参考。
此外，有限元分析还可以用于其他流体力学场的分析，如液力驱动装置、多体流动、多相流体等，能够有效地分析和模拟各种复杂的流体力学现象，从而更好地掌握流体力学这一重要学科。
基于Abaqus的水泵轴承有限元分析
基于Abaqus的水泵轴承有限元分析徐冰晶（富奥汽车零部件股份有限公司 吉林长春130033）摘要：使用Abaqus分析软件模拟水泵的实际工作状态，通过计算得知轴承失效是导致水泵失效的主要原因。
提出更换轴承，提高产品性能。
关键词：Abaqus、轴承、有限元分析水泵在使用过程中出现水泵漏水及轴连轴承松旷等失效形式。
通过应用Abaqus分析软件模拟水泵的实际工作状态，模拟分析轴承和水封的变形。
找到水泵失效的主要因素并加以改进。
1.计算单位及材料参数计算单位：长度mm，力N，应力Mpa水泵壳体材料为ZL112，水封材料为钢，皮带轮材料为SPCC，轴承材料为GCr15，具体材料参数见表1。
表1 材料参数杨氏模E(MPa)泊松比ν屈服极限（MPa）壳体0.73e50.33274皮带轮 2.1e50.3215水封 2.1e50.3215轴承 2.08e50.318142.有限元模型水泵使用轴承为双列滚珠轴承，将水封简化为一个整体。
壳体采用四面体划分，皮带轮、水封、轴承均采用六面体划分。
按照水泵实际工作状态施加约束和载荷，利用Abaqus/Standard进行有限元分析。
图1 有限元分析模型 图2 轴承内部结构3.分析结果图3 水封受力及变形情况图4 轴承内圈受力及变形情况图5 轴承外圈受力及变形情况图6 轴承滚珠受力及变形情况表2 各零件受力及变形情况受力变形最大应力（MPa ）屈服极限（MPa ）最大变形量（μm ）水封58.99215 2.666轴承内圈298.2181429.19轴承外圈138.21814 3.941轴承滚珠236318142707通过计算可知，在水泵使用双列滚珠轴承的时候，轴承滚珠局部所受最大应力为2363MPa ，远远超过了GCr15的屈服极限1814MPa ，产生塑性变形（最大变形量为2.707mm），使其不能正常运转，水泵失效。
于是对轴承提出改进，将其换成球柱混合轴承，具体结构见图7。
复合材料叶片有限元分析
-202008.11
四、Laminate Modeler模块介绍
Laminate Modeler为有限元分析模型的每一单元提供了完 整精确的定义。这意味着对每一个单元都要有唯一的一组材料 对应，若没有铺层数据的自动化管理，进行此项工作简直是难 于想象的。所谓唯一是指采用理想的公差，减少数据量，但又 随时可得到完整的信息。真正的精度限制是制造精度而不是模 型的精度。对于更细致的分析，可自动把壳单元扩展成求解器 支持的适当的实体单元。
主要内容介绍
一、叶片设计评估思路 二、复合材料介绍 三、叶片基本结构型式及成型工艺 四、MSC.Patran的Laminate Modeler模块介绍 五、有限元法强度分析计算流程 六、35米长叶片有限元模拟演示
-22008.11
一、叶片设计评估思路
评估目的： 1.检验叶片结构设计及工艺规程是否符合设计要求及安全 要求； 2.检验叶片与风场环境的协调情况； 3.通过叶片结构强度分析，检验叶片是否满足材料的强度 要求； 4.通过叶片刚度分析，检验叶片与整机的配合情况； 5.通过叶片整体校核，检验叶片是否满足规范的各项要求。
-132008.11
三、叶片结构型式及成型工艺
叶片各部分术语介绍： 叶根、叶尖、前缘、后缘、上壳体、下壳体、前腹板、后腹 板、梁帽 胶接角、内补强、外补强、后缘包边等
叶根 后缘
叶尖
前缘
-142008.11
三、叶片结构型式及成型工艺
双壳双腹板结构 叶片基本由壳（蒙皮）和梁组成 梁又由缘板（也称梁帽）和腹板（也称梁）组成
-152008.11
三、叶片结构型式及成型工艺
叶片结构说明
-162008.11
三、叶片结构型式及成型工艺
典型叶片生产流程： 主梁帽模具准备、纤维布铺设、脱模及修整。 腹板模具准备、纤维布及芯材铺设、密封及树脂灌注、脱 模及修整。 壳体模具准备、外层纤维布铺设、主梁帽放置定位、内层 纤维布铺设、真空材料铺设、树脂灌注、腹板放置、胶结合膜、 开模及脱模、产品修整。
基于ABAQUS的轴流风机叶片强度与模态分析
风 机被 广 泛 应用 于 能 源 、 冶金 、 化 、 通 石 交 等领 域 。大 型轴流风 机技 术含 量高 ， 开发 、 制造
榫 槽 接触 面 上 的整 体接 触 应力 不 是很 大 ， 是 但
采 用 弯扭 叶片后 ， 局 部尤 其 是榫 头 的 转 弯接 在
难 度 大 ， 衡 量 一个 国家 重大 装备 制 造 业发 展 是 水 平 的标 志性 设备之 一 。叶轮 是轴 流风机 的核
４９ ５ ９ ．２ ６３ ８ ７ ．１
图 ２ 边 界 条 件
８
９ １ Ｏ
４ 有 限 元 模 型 的 强 度 分 析
该 轴 流 风 机 转 速 为 ５２ ０ｒ ｍｉ ５ ４ ３ ０ ／ ｎ（ ４ ． ｒｄ ｓ ， 转 动 过 程 中各 级 叶 片 承 受 转 动 所 产 ａ／）在
荷 的预应 力 。为 了精确 得 到离 心 载荷 下 模 态 ， 这 里 采用 考 虑 大变 形 的非 线 性计 算 ， 即考 虑变
形 后 的受 力 状 况 。
首级 叶 片 转 速 为 ２ ， Ｏ ， ０ ， ０ ， ０ ４ ６ ８ １０ ，２ 时 的动频 如表 ２所示 。 ０ １０
０３ ．
密度
￣ ｃ
用有 限元法 对 三维结构 空 间离散 进行强 度振 动
分析 。
ｍ 。 乱 ２ ＭＰ ／ ａ ） ／ ａ ＭＰ ≥６５ ５ ≥７５ ３
ｇ
７８ ．
１ 叶 片 的 结构 及 材 料 参 数
叶轮 的结 构如 图 １ 示 ， 所 叶轮高 速旋 转时 ， 由于 离 心力 和气 流 力 的作 用 ， 叶片会 产 生 较 大 切 向应 力 和径 向应 力 ， 该应 力 作用 下 可 能会 在
ANSYS有限元分析实用教程-叶轮,涡轮
Workshop Supplement
INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 2
3.
进入前处理器,分别定义单元类型1为SOLID95, 单元类型2为MESH200.对MESH200单元 设置KEYOPY(1) = 5 :
– Main Menu > Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete … [Add ...] – 选择 "Structural Solid" 和 "Brick 20node 95",然后按 [Apply] – 选择 "Not Solved" and "Mesh Facet 200",然后按[OK] 选择[Options ...] Set K1 = "TRIA 6-NODE",然后按[OK] [Close] 或使用命令: /PREP7 ET,1,SOLID95 ET,2,MESH200 KEYOPT,2,1,5
– – Main Menu > Preprocessor > Loads > -Loads- Apply > -Structural- Displacement > On Nodes + 或使用命令: D,ALL,UZ
January 30, 2001 Inventory #001444 W2-9
2A. 耦合
– – Main Menu > Preprocessor > MeshTool … 或使用命令: VMESH,1
Workshop Supplement
INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 2
潜水轴流泵和立式轴流泵使用特点分析
潜水轴流泵和立式轴流泵使用特点分析介绍了潜水轴流泵和立式轴流泵的基本结构和工作原理，分析比较了二者之间的使用性能特点，总结了二者的适用工作环境。
并且针对能耗问题做出了分析，提出优化方法，最后对其未来发展提出了一系列建议。
标签：潜水轴流泵；立式轴流泵；性能特点；节能优化引言軸流泵属于高比转速水泵，其比转速一般为500到1000之间，主要用来输送流体。
它的工作原理如下：依靠叶轮的旋转将吸入泵内的流体进行加压，并沿着泵轴方向向出口推出，所形成的局部低压便又将泵外的流体吸入到泵内，周而复始，便可以实现轴流泵的吸入和排出流体。
1、潜水轴流泵和立式轴流泵概述轴流泵中使用最为广泛的分别是潜水轴流泵和立式轴流泵，就国内中小型轴流泵站而言，多是采用的立式轴流泵。
但近年来潜水电机的发展迅猛，使得潜水轴流泵的技术越来越成熟，这也进一步促使了潜水轴流泵的应用范围越来越广，例如水利、防洪、市政等行业。
但是潜水轴流泵和立式轴流泵二者之间的结构特性存在一定差异，这就决定了二者不同的使用特性和适用工作环境。
1.1 潜水轴流泵潜水轴流泵最早是从国外引进来的，经过我国科研人员和一线工程人员的不断改进和完善，目前其技术已经相当成熟。
潜水轴流泵的最大特点就是将泵和潜水电机合为一体，组成一个一体化结构。
潜水电机主要包含转子部件、定子部件以及附属的端盖、轴承、密封装置等等。
泵主要包含进水口、叶轮部件、密封装置和推力轴承。
其中，叶轮部件是潜水轴流泵的核心部件，它的转动将流体的动能转化为压力能；推力轴承承受流体的轴向力，并对转子起到支撑作用[4]。
1.2 立式轴流泵立式轴流泵主要由喇叭管、叶轮、导叶体、上下泵轴、出水弯管、填料函等部件组成。
主要部件叶轮一般包含2～7片扭曲叶片，固定在泵轴上，而泵轴由泵体内部的轴承进行支撑。
根据立式轴流泵的叶片是否可调，又可以分为固定式和可调式[5]。
2、使用性能特点分析2.1 使用技术性能比较（1）潜水轴流泵潜水轴流泵的结构比较紧凑，它将泵和潜水电机做成一个整体，没有立式轴流泵那样的长轴系和附属传动装置，因此体积较小、传动效率高；在紧急情况下，可以迅速完成安装，并立即投入使用；由于潜水轴流泵的结构特性和工作位置，其部分结构可以采用水介质作为润滑和冷却装置，不需要另外的润滑装置和冷却装置，而且冷却效果良好；由于泵和潜水电机是一个整体，因此只需要将其整体吊入并进行对中安装就行，不需要另外设置起重设备。
流体力学泵与风机——叶片式泵与风机的理论
改变几何尺寸时 各参数的变化
改变密度时 各参数的变化
第四节 比 转 数
➢ 比转数：在相似定律的基础上推导的一个包括转速、流量、 扬程 在内的综合相似特征数，用符号ns表示。
泵的比转数
风机的比转数
比转数公式的说明
比转数应用
比转数对性能曲线的影响
比转数公式的说明
➢ (1)同一台泵或风机，在不同工况下有不同的比转数，一般是用 最高效率点的比转数作为相似准则的比转数。
a:陡降的曲线: 这种曲线有25％～30
％的斜度，当流量变动很小时，
H
扬程变化很大，适用于扬程变化
大而流量变化小的情况，如电厂
循环水泵；
b:平坦的曲线，这种曲线具有8％一 12％的斜度；当流量变化很大时，
K
扬程变化很小，适用于流量变化
b
大而要求扬程变化小的情况，如
电厂的汽包锅炉给水泵 C:有驼峰的曲线，其扬程随流量的
➢ 图中a所表示的qv—H曲线的变 化情况可见，在低比转数时， 扬程随流量的增加，下降较为 缓和。当比转数增大时，扬程 曲线逐渐变陡，因此轴流泵的 扬程随流量减小而变得最陡。
翼型及叶栅的空气动力特性
(1)骨架线 通过翼型内切圆圆心的连线，是构成翼型的基础，其形状决定了 翼型的空气动力特性。
(2)前缘点、后缘点： 骨架线与型线的交点， (3)弦长b ： 前缘点与后缘点连接的直线称弦长或翼弦 (4)翼展l： 垂直于纸面方向叶片的长度(机翼的长度)称翼展 (5)展弦比：σ翼展l与弦长b之比称展弦比 (6)挠度f ： 弦长到骨架线的距离， (7)厚度c： 翼型上下表面之间的距离，称翼型厚度 8)冲角口 ： 翼型前来流速度的方向与弦长的夹角称冲角，冲角在翼弦以下
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ห้องสมุดไป่ตู้
能源建设
大型立式轴流泵装置的水利性能优化比选因素分析
750001 宁夏水务投资集团有限公司 焦龙
【摘 要】 南水北调工程是我国21世纪重要的水利的工程， 其 中东线工程跨江、 淮、 黄、 海四大流域， 涉及泵站数量最多， 其工程 经流水域的工程复杂特点对机泵的性能要求也最为严格； 结合东线 工程实际需求， 不同地域， 不同工况， 开发不同泵型， 已成为当前东 线工程泵站设计与建设成效的关键。 本文着重从南水北调东线工程 中， 涉及使用的立式轴流水泵选型以及综合效率进行分析， 对决定水 泵效率关键因素的水泵比转速以及对汽蚀性能能变差进行阐述和分 析。 【关键词】 立式轴流泵;水利性能;比转速;汽蚀性 一、 东线工程水泵装置与性能需求概述 据水利部淮委会、 海委会制定的 《南水北调东线工程修订规 划[1]》 ， 整个工程分三期完成。 从东线工程新建的泵站需求来看， 东线第一期规划新建的21座泵站， 扬程在2.1－10.4m之间共装机 103台泵， 其中立式轴流泵23台占总装机台数的22%； 东线第二期 规划新建的13座泵站， 扬程在2.1－10.4m之间， 共装机60台。 其中 立式轴流泵4台， 占总装机台数的6.6%； 东线第三期规划新建17座 泵站， 扬程在1.8～7.5m之间， 共装机115台， 其中立式轴流泵39台 占总装机台数的34%。 由于南水北调东线工程是一项由多级泵站 组成的提水北调工程， 所以泵站成为这项工程最为核心、 最为关 键的部位。 这些泵站运行的特点： 一是低扬程； 二是大流量； 三是 高可靠； 四是多功能。 二、 模型泵段特性和模型泵装置特性 低扬程水泵的泵段特性和带进出水流道的泵装置特性之间 有较大差别。 按管道阻力曲线和泵段特性曲线的交点确定泵工况 点， 往往得出错误的结果。 分析泵段特性和泵装置特性差别的一 般规律， 是提出根据模型泵段特性选型和根据模型泵装置特性选 型两种方法。 泵选型的关键在于确定转速n， 计算直径D和nD值， 取较小的nD值。 1、 低扬程泵的选型 大型轴流泵， 流量大、 扬程低， 直接设计性能难以保证， 一 般要选择模型进行相似换算， 首先会遇到选型问题。 进行选型， 一是要有优秀的、 数据可靠的模型， 二是要有正确的选型方法。 作一条阻力曲线， 它和泵特 按一般离心泵的选型方法， 由 性曲线的交点就是工况点。 K值对于一个具体的泵装置应当是常 数。 但是模型轴流泵装置试验表明， 对轴流泵装置而言， 并无一 ， 个确定的K值， 也难以找出明确的规律， 阻力曲线不符合 看来用这种方法对轴流泵是行不通的。 这表明低扬程泵的特性和 泵装置特性的差异， 并不都是摩擦水力损失所致， 进出水流道的 各种局部水力损失， 以及对叶轮进出口流态的影响， 都对装置特 性有着重要影响。 2、 模型泵段特性和模型泵装置特性
在东线工程中， 一、 二、 三期工程已建设的大型泵站中， 为达 到选泵合理， 应了解泵段性能和装置性能之间的关系， 从而提出 切合实际的装置性能。 首先根据装置情况进行泵型选择， 确定泵 型之后， 通常需要进行模型泵装置的试验。 目前虽然不能从理论 上根据泵段特性作出泵装置特性， 但是如果能知道两者的大致关 系， 对选型也是有益的。
潜水轴流泵振动浅析
导读：轴流泵多工况空化特性数值计算，大型卧式轴流泵水导轴承的运用，轴流泵在运行
中的故障分析，大型卧式轴流泵水导轴承的运用，大型斜式轴流泵装置的数值模拟与优化。
中国学术期刊文辑（2013）
目 录
一、理论篇 大型立式轴流泵装置的水利性能优化比选因素分析 1 复件 串列式轴流泵首次级叶轮能量特性及相互作用 3 环管反应器轴流泵轴功率波动的分析 8 基于流固耦合的轴流泵叶轮结构分析 11 可调导叶式轴流泵马鞍区水力特性试验研究钱忠东王凡王志远 立车加工轴流泵叶片外球面谈杏森 21 流固耦合作用对轴流泵内部流场影响的数值计算 23 潜水轴流泵振动浅析 28 浅议提高中小型轴流泵装置效率闫运德 31 污水处理厂轴流泵电流超负荷原因分析 32 轴流泵模型汽蚀特性的数值模拟 35 轴流泵内部流场的数值模拟 39 轴流泵叶轮出口尾迹区非定常压力和速度场特性 43 轴流泵叶轮出口轴面速度和环量的试验研究 50 轴流泵叶轮内空化的数值模拟与实验研究 55 轴流泵叶片气蚀特性的数值模拟 59 轴流泵叶片有限元分析 62 轴流泵在东昌府区中小型泵站中的应用及改造建议 65 轴流泵在运行中的故障分析 66
56 《科技与企业》杂志 2011年9月 （下）
确定的水力损失， 以上提到， 从泵段特性曲线减去按 得到泵装置特性曲线， 往往会得出错误的结果， 但是为了说明两 者的大致关系， 我们假定图1中H～Q曲线是模型泵的扬程流量曲 h B、 hC是装置的阻力曲线。 A、 B、 C是H～Q曲线上的三个 线， h A、 H B、 HC是对应泵工况 工况点， 假设B为最高效率的工况点。 H A、 点A、 B、 C的装置扬程， 对于实际泵站则是净扬程， 等于吸入液 面到排出液面的高度。 对于模型泵装置而言， 是出口和进口水箱 的位置水头和压力水头之和。 从泵扬程曲线各工况点A、 B、 C上减 B'、 C'。 连接A'、 去各对应点的水力损失水头， 得到装置净扬程A'、 C'点则得泵装置扬程流量曲线。 由此可以得出结论： 模型泵装 B'、 置扬程曲线位于泵扬程曲线左侧， 其偏离程度随着装置阻力损失 增大而增加， 对既定的装置又随流量增加而增加。 三、 确定n、 D和nD值是选型的关键 n是泵的转速， D是转轮直径， nD值是表示泵汽蚀性能的重 要参数。 1、 nD值的确定 泵的转速和汽蚀性能有关， 限定nD值就等于限定叶片进口 外径处的相对速度。 目前国内模型泵试验时的nD值为435， 这时 的叶片进口最大相对速度已超过20m/s。 实际泵为安全起见， 一 般nD值要小于435。 南水北调工程已建泵站的nD值如下表所示， 除国外选型的 (>>下转第58页）