石家莊風機水輪機葉片靜力分析

作者：石家莊風機　　　　　日期：2014-11-7　　　　　瀏覽：2191　　　　　

4)按照第二章的方法重新建立并計算石家莊風機廠風機模型,對比分析計算結果與設計要求。然后通過不斷調整各種影響石家莊風機廠風機性能的因素,直至石家莊風機廠風機模型計算結果與設計要求差距較小。設計值允許有一定的波動范圍。最終通過不斷調整各項參數得到了一合性能較吻合的石家莊風機廠風機,該石家莊風機廠風機在設計轉速5000rpm、風量4000mVh時的總壓為907Pa,功率為1735W,效率為0.58。利用3.2小節中的多流場弱禍合方法對水力石家莊風機廠風機進行性能預測,可以計算得到不同水壓下水力石家莊風機廠風機的性能。多流場弱耦合計算中需要注意:設計的水力石家莊風機廠風機轉動慣量需要重新計算,其中水禍輪和石家莊風機廠風機葉輪放大后軸向的慣性矩分別變為.5><l(r5%*w2和0.012&?m2,軸向總的慣性矩也因此約為0.012松?;W2;在Fluent中查找輸出扭矩的葉輪表面和輪轂面的面號,并在UDF程序中進行修改;石家莊風機廠風機流量隨水力石家莊風機廠風機機組轉速的改變不斷變化,可以通過DEFINE_PROFILE宏來定義每一個時間步內的石家莊風機廠風機進口流量,流量的大小可以按照公式5.3近似給出。

圖5.6為設計水力石家莊風機廠風機在進口水壓0.2~0.7MPa下的性能曲線。隨著進口水壓的增大,水力石家莊風機廠風機的水流量、風量和風壓均逐步增加,與通常水力石家莊風機廠風機的實際運行效果一致。設計轉速為5000rpm,進口水壓0.7MPa下的水輪機功率大于石家莊風機廠風機功率和機械損耗的和,因此0.7MPa下水力石家莊風機廠風機的轉速相比5000rpm有所上升。與原機相比,設計的水力石家莊風機廠風機,尺寸相對增大,進口水壓0.7MPa下,設計的水力石家莊風機廠風機最大風量為4213mVh,比原機.2MPa下的最大風量3500mVh更大,由此可見,同時增大水輪機和石家莊風機廠風機的尺寸可以使便攜式水力石家莊風機廠風機獲得更寬的性能范圍。

設計的水力石家莊風機廠風機的實際工作狀態屬于高速運轉,因此對各部件的強度校核至關重要。在該設備中,須進行強度校核的轉動件有水禍輪和石家莊風機廠風機葉輪。水力石家莊風機廠風機進口水壓一般存波動,為保證留有一定的強度裕度,以下對進口水壓為0.8MPa下的水禍輪和石家莊風機廠風機葉輪進行強度校核。通過多流場耦合計算,進口水壓0.8MPa下,水力石家莊風機廠風機的轉速為5463rpm,風量為4370m3/h,石家莊風機廠風機全壓為1154Pa

(1)水輪機葉片靜力分析

為了將流場的壓力分布準確加載到葉片表面,強度校核利用ANSYS Workbench進單向流固賴合計算,步驟簡單概括如下:1 )在Workbench主界面分別添加Fluid Flow、Mesh、Finite Element Modeler ( FEM )和 Static Structural 模塊,并建立各模塊之間的聯系;

2 )在Fluid Flow模塊的Setup欄中先導入在Fluent計算完成的cas文件,然后在Solution欄中導入相應的dat文件;3)在Mesh模塊,建立固體模型并完成網格劃分;4 )在StaticStructural模塊設置材料屬性,設置重力加速度、轉速、固定面,并將流場壓力通過插值加載到耦合面上;5)求解結構場,得到應力和應變。塑料禍輪材質經化驗是聚縮酵,其力學性能如表5.3。水禍輪的應力應變分布見圖5.7~5.8。由于葉片進水端相對較薄,并且承受進口流體沖擊,所以應力和應變比較大。應變最大值發生在葉片頂端,最大應變為O.Olmm;應力最大值發生在葉片根部,最大應力為3.74MPa,小于聚縮醒的許用應力達78.4MPa,所以水禍輪設計滿足強度要求。