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軸流泵在制鹽、灌溉和其它輸送液體的工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用，其效率成為提高經(jīng)濟(jì)效益的重要指標(biāo)，而其葉片的水力效率又是影響泵效率的關(guān)鎮(zhèn)因素。因此，葉片設(shè)計(jì)合理與否就很重要了。在升力法設(shè)計(jì)葉片過(guò)程中，會(huì)遇到強(qiáng)度和厚度的確定問(wèn)題。葉片厚度偏大，安全系數(shù)就過(guò)大，這會(huì)增加葉片的重量且影響水力效率，葉片過(guò)薄，強(qiáng)度就不夠，且難以鑄造。因此，合理地確定厚度成為葉片設(shè)計(jì)急需解決的向題。用升力法設(shè)計(jì)軸流泵葉片的厚度是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，具有一定盲目性。
本文以軸流泵為例通過(guò)對(duì)葉片進(jìn)行有限元分析，一方面，對(duì)原設(shè)計(jì)的葉片進(jìn)行了強(qiáng)度校核，另一方面，為升力法設(shè)計(jì)葉片選擇較合理的厚度提供依據(jù)。
按軸流泵以穩(wěn)定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)的葉片受力情況進(jìn)行分析。
(1)由文獻(xiàn)可知，對(duì)于選用脆性材料的軸流泵葉片，許用安全系數(shù)就可滿足強(qiáng)度要求。安全系數(shù)n=10的葉片則過(guò)于安全。選擇許用安全系數(shù)n=5，那么葉片強(qiáng)度儲(chǔ)備系數(shù)輪緣的葉片翼型最大厚度可根據(jù)此確定。
(2)從其它截面的應(yīng)力情況來(lái)看，應(yīng)力值較小，其安全系數(shù)裕量更大，這些翼型的厚度可盡量選小，但必須滿足升力法設(shè)計(jì)葉片和鑄造加工工藝要求。
軸流泵葉片為空間受力，圖為力學(xué)模型圖，Yz平面內(nèi)葉片上表面受Z方向的液體壓力，圖(b)為XY平面內(nèi)受由轉(zhuǎn)速引起的徑向離心力。
由于葉片是很不規(guī)則的曲面形狀，為了適應(yīng)這種形狀，采用了SAPS程序中第八類型8~21節(jié)點(diǎn)三維實(shí)體等參數(shù)單元。圖3為葉片網(wǎng)格劃分情況，劃分節(jié)點(diǎn)224個(gè)，8~21節(jié)點(diǎn)單元79個(gè)。
微機(jī)上進(jìn)行的，輸出的是單元形心位置的各向應(yīng)力，根據(jù)彈性力學(xué)可求出三個(gè)主應(yīng)力，圖3所示各截面位置的翼型中的單元形心位置最大主應(yīng)力大小的分布情況見(jiàn)圖7，圖7還注明了各截面的最大應(yīng)力值。從應(yīng)力分布圖可知：
(1)應(yīng)力最大的單元為第9號(hào)17.08MPa。
(2)從輪緣截面到輪轂各截面應(yīng)力增大。
(3)在輪毅處葉片邊界約束的節(jié)點(diǎn)所在單元上應(yīng)力出現(xiàn)了“駝形”。
(4)從應(yīng)力變化速度來(lái)看，截面b與a上單元應(yīng)力變化較快，其最大應(yīng)力相差約7MPa。
有限元分析總結(jié)：
(1)軸流泵葉片的強(qiáng)度計(jì)算可用有限元法來(lái)進(jìn)行，以往傳統(tǒng)的強(qiáng)度校核計(jì)算不夠精確。
(2)用有限元法計(jì)算出來(lái)的葉片應(yīng)力分布情況可為升力法設(shè)計(jì)葉片的厚度確定提供可靠的依據(jù)。
(3)本文計(jì)算結(jié)果已被遼寧鹽業(yè)機(jī)械廠所采用，對(duì)原葉片進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，取得了滿意的效果。
專業(yè)從事機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)│有限元分析│強(qiáng)度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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