轴流泵在国民经济中的广泛应用,使得保证其安全可靠地运行相当重要。叶片是轴流泵的核心部件,它的安全可靠直接关系到水泵的安全运行。然而在水泵事故中,转轮叶片破坏的重要因素之一就是叶片产生裂纹。因此,采用科学合理的方法校核叶片强度,对于指导叶片设计、保证水泵安全可靠地运行,意义十分重大。在校核叶片强度时,由于叶片形状是空间扭曲的,相当不规则,很难分析叶片表面的水压力,所以研究人员通常用把叶片简化成悬臂梁进行分析。但这种方法只能分析叶片根部的平均应力,不能充分考虑叶片应力集中,所以只能放大安全系数来保证水泵的安全运行。通过加大叶片根部厚度以减小应力集中,不仅会影响轴流泵的水力性能,而且也会浪费材料,加大工程投资,在一定程度上很难满足水泵设计的可靠性、高效性、经济性原则。 论文针对轴流泵叶片内部应力分布情况,利用CFD软件计算的叶片表面压力场,通过有限元结构计算软件MSC.marc,进行弹性三维数值模拟计算。由于边界条件的复杂性,很难在Boundary模块中直接加载,故利用Fortran语言编程,对软件可读写文件进行修改,最终完成叶片模型的建立。在此基础之上,分析叶片应力集中大小及位置,校核叶片强度,同时对叶片根部厚度、柄的直径进行加大、减小,计算多种情况的应力集中值,从而得出叶片根部厚度及柄的直径大小对叶片根部应力集中影响的趋势曲线。 在叶片内部应力分析时,采用Zm60轴流泵水力模型的实型泵。在校核情况下,对不同根部厚度及柄的直径的叶片进行了弹性三维数值模拟计算。经分析可知,悬臂梁简化算法在大安全系数的前提下能够保证叶片的安全运行,但由于应力集中的存在,计算值相对偏小;轴流泵叶片的应力集中产生在叶片根部与柄的连接处,进口处应力集中值要比出口处大得多;叶片根部厚度及柄的大小对应力集中呈非线性影响;叶片进口叶尖处发生最大位移。 本文得到国家重大技术装备研制项目计划“立式轴流泵及装置研制”(编号zz02-03-01-04)及江苏省省级重点实验室开放课题(编号K99083)的资助。