某型水泵叶轮转子的模态分析及轴向力测量系统研究

论文摘要

水泵是水利发电过程中的重要设备,水泵设计的合理可靠对整个水利系统安全稳定的运行至关重要。水泵叶轮叶片出现裂纹甚至断裂,以及水泵轴向力过大,极大影响了水泵的安全稳定运行。因此,对水泵相关组件进行静力学与模态分析,以及对水泵轴向力测量系统的研究至关重要。本文以某型水泵水力模型为研究对象,建立水泵核心组件有限元模型,对叶轮进行静力学分析,分析了干态(空气中)预应力对叶轮固有频率的影响,及预紧力与端面齿几何参数对叶轮转子结构模态性能的影响。并针对水泵运行过程中产生的轴向力进行研究,分析了轴向力产生的原因和影响因素,建立轴向力测量装置模型,优化了弹性盘设计,验证整体设计结构的合理性。(1)建立叶轮有限元分析模型,计算叶轮应力、变形情况,对比叶轮固有模态分析与预应力模态分析。得出了不同转速条件下叶轮应力、变形值及叶轮应力、变形趋势,计算了固有模态和预应力模态下,叶轮前6阶固有频率。(2)建立端面齿啮合的简化模型,建立了刚度修正系数与无量纲因子的关系模型,得到了端面齿几何参数对刚度特性的影响规律。(3)采用端面齿啮合作为叶轮转子的连接方式,建立叶轮转子结构简化模型,得出了不同预紧力和端面齿几何参数条件下,叶轮转子结构的固有频率。(4)建立轴向力测量装置模型,针对材料屈服极限和灵敏度参数对弹性盘进行优化设计,得出了不同弹性盘个数与厚度条件下,弹性盘应力、应变和变形情况,及最大轴向力条件下轴向力测量装置整体的应力、变形情况。

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摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 水泵叶轮转子模态分析研究现状

1.3 轴向力测量研究现状

1.3.1 轴向力产生的原因

1.3.2 轴向力测量方法

1.3.3 轴向力测量研究现状

1.4 本文研究的主要内容

第2章有限元原理及ANSYS简介

2.1 有限元法简介

2.1.1 有限元法的发展

2.1.2 有限元软件介绍

2.1.3 有限元软件分析步骤

2.2 有限元法基本理论

2.2.1 弹性力学的基本理论

2.2.2 位移有限元法的理论与公式

2.2.3 有限元法分析步骤

2.3 模态分析理论基础

2.3.1 振动的类型和相关参数

2.3.2 系统动力学方程相关公式

2.3.3 系统自由振动相关公式

2.4 本章小结

第3章水泵叶轮转子的模态分析

3.1 叶轮的静力学分析

3.1.1 建立叶轮有限元分析模型

3.1.2 设置载荷与边界条件

3.1.3 叶轮有限元计算结果分析

3.2 叶轮的模态分析

3.2.1 固有模态分析

3.2.2 预应力模态分析

3.2.3 结果比较与分析

3.3 叶轮转子结构刚度特性研究

3.3.1 端面齿结构与参数

3.3.2 端面齿模型公式推导

3.3.3 端面齿模型有限元分析

3.3.4 端面齿结构参数对刚度特性的影响

3.4 叶轮转子结构的模态分析

3.4.1 叶轮转子结构有限元计算与分析

3.4.2 预紧力与端面齿参数对叶轮转子结构固有频率的影响

3.5 本章小结

第4章轴向力测量系统的研究

4.1 轴向力测量系统组成

4.1.1 轴向力测量系统组成

4.1.2 轴向力测量装置结构

4.2 弹性盘结构优化

4.2.1 弹性盘有限元建模

4.2.2 弹性盘个数优化

4.2.3 弹性盘厚度优化

4.3 轴向力测量装置静力学分析

4.3.1 轴向力测量装置有限元建模

4.3.2 轴向力测量装置应力结果分析

4.3.3 轴向力测量装置变形结果分析

4.3.4 轴向力测量装置局部应力、变形分析

4.4 本章总结

第5章结论

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

在学研究成果

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 石修伟

导师: 赵铁军

关键词: 水泵,有限元,叶轮转子,模态分析,轴向力测量

来源: 沈阳工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地球物理学,机械工业,水利水电工程

单位: 沈阳工业大学

分类号: TH38;TV136.2

总页数: 68

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