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我國傳遞功率6 000 kW以上、轉速5 000 r/min6 650 r/min，配套60萬、100萬千瓦超臨界、超超臨界火電鍋爐給水泵機組的大功率齒輪傳動調速裝置，目前完全從國外進口。大型齒輪調速裝置工作葉輪設計制造是制約調速裝置傳遞大功率的重要因素之一。大功率齒輪調速裝置的葉輪是傳遞動力的關鍵元件，一旦發(fā)生葉輪葉片碎裂，將直接導致軸承損壞，從而導致整機失效回。本文在流體力學和動力學理論基礎上，運用傳統(tǒng)有限元法和基于葉輪工作腔流場計算應力方法對該調速裝置葉輪進行了強度有限元分析計算，得到葉輪的應力和位移分布，在滿足強度要求的前提下為液力偶合器的設計、制造提供了可靠的依據。大型齒輪調速裝置液力工作腔核心元件包括：泵輪、渦輪和渦輪套。在泵輪和渦輪共同工作時，由于泵輪負荷始終大于渦輪(泵輪轉速、功率均大于渦輪)，且渦輪內側有葉片，起到加強筋的作用，渦輪輪壁內外的油壓力也可以互相抵消(渦輪外有渦輪套和泵輪組成密閉工作腔)。因此，渦輪強度條件較好。所以在工作輪中，可以只對泵輪進行強度計算分析。
在進行有限元分析之前，應用建模軟件建立調速裝置葉輪實體模型。某大型齒輪調速裝置主要技術參數有：
泵輪有效直徑511 mm；
彈性模量190 GPa，泊松比0.3，材料密度最高轉速強度極限供油壓力工作油密度267.85 kg/mm，5734 r/min，1080 MPa，0.2 MPa，870 kg/m；
通過Ansys提供的網格劃分器，采用四面體實體單元對泵輪實體模型自由劃分網格，生成可靠的、高質量的體單元，生成的有限元網格模型。
在求解過程中處理自由度約束的過程如下：液力偶合器泵輪與其他部件之間相連接的是中心圓柱面和帶連接孔的端面，所以中心圓柱面加Y、Z兩個方向的約束，即U=UZ=0，用于模擬在受力時與軸之間不可能發(fā)生相互移動的實際情況。對于泵輪、渦輪的帶連接孔端面，加以單向約束即UT=0，這樣整個邊界條件的處理可大致相當于實際情況下的工況。
根據齒輪調速裝置的特性，葉輪在高速轉動工作時，泵輪主要承受4個方面的作用力：金屬材料在高速轉動時產生的離心力；工作腔內工作液體壓力引起的應力；外輪緣螺釘引起的拉力；作用在泵輪上的軸向推力F。
通過定義材料密度和旋轉速度來對所有單元施加離心力作用。工作液體對型腔內壁的壓力以及工作液體對葉片的作用力，均通過在對應表面施加均布載荷實現。螺釘的拉力以均布力的形式施加在泵輪外輪緣的圓環(huán)面上。
泵輪上的最大應力值為243.73MPa，發(fā)生位置在葉片與泵輪壁殼內壁相接外輪緣內緣處。因為外輪緣內緣的應力由外輪緣質量旋轉應力與循環(huán)流動的工作液體作用在泵輪壁殼內壁上的液體壓力疊加構成，所以當泵輪承受過大的內部油液壓力載荷時，首先發(fā)生破壞的地方就是葉片與葉輪內壁相接處。葉輪其它地方的應力都相對較小。在葉片與內壁相接處，泵輪所用材料屈服極限為1080 MPa，最大應力值低于屈服極限，滿足相關設計要求；最大變形值為0.11168 mm，發(fā)生在泵輪最外的邊緣處。
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