说说：齿轮调速装置叶轮强度有限元分析2023/2/17 10:02:24

会呼吸的痛

我国传递功率6000W以上、转速50006650，配套60万、100万千瓦超临界、超超临界火电锅炉给水泵机组的大功率齿轮传动调速装置，目前完全从国外进口。大型齿轮调速装置工作叶轮设计制造是制约调速装置传递大功率的重要因素之一。大功率齿轮调速装置的叶轮是传递动力的关键元件，一旦发生叶轮叶片碎裂，将直接导致轴承损坏，从而导致整机失效回。本文在流体力学和动力学理论基础上，运用传统有限元法和基于叶轮工作腔流场计算应力方法对该调速装置叶轮进行了强度有限元分析计算，得到叶轮的应力和位移分布，在满足强度要求的前提下为液力偶合器的设计、制造提供了可靠的依据。大型齿轮调速装置液力工作腔核心元件包括：泵轮、涡轮和涡轮套。在泵轮和涡轮共同工作时，由于泵轮负荷始终大于涡轮(泵轮转速、功率均大于涡轮)，且涡轮内侧有叶片，起到加强筋的作用，涡轮轮壁内外的油压力也可以互相抵消(涡轮外有涡轮套和泵轮组成密闭工作腔)。因此，涡轮强度条件较好。所以在工作轮中，可以只对泵轮进行强度计算分析。有限元分析的相关问题可以到网站了解下，我们是业内领域专业的平台，您如果有需要可以咨询，相信可以帮到您，值得您的信赖！

在进行有限元分析之前，应用建模软件建立调速装置叶轮体模型。某大型齿轮调速装置主要技术参数有：


泵轮有效直径511；


弹性模量190GP，泊松比03，材料密度比较高转速强度极限供油压力工作油密度26785，5734，1080MP，02MP，870；


通过A提供的格划分器，采用四面体体单元对泵轮体模型自由划分格，生成可靠的、高质量的体单元，生成的有限元格模型。


在求解过程中处理自由度约束的过程如下：液力偶合器泵轮与其他部件之间相连接的是中心圆柱面和带连接孔的端面，所以中心圆柱面加Y、Z两个方向的约束，即U=UZ=0，用于模拟在受力时与轴之间不可能发生相互移动的际情况。对于泵轮、涡轮的带连接孔端面，加以单向约束即UT=0，这样整个边界条件的处理可大致相当于际情况下的工况。


根据齿轮调速装置的特性，叶轮在高速转动工作时，泵轮主要承受4个方面的作用力：金属材料在高速转动时产生的离心力；工作腔内工作液体压力引起的应力；外轮缘螺钉引起的拉力；作用在泵轮上的轴向推力F。


通过定义材料密度和旋转速度来对所有单元施加离心力作用。工作液体对型腔内壁的压力以及工作液体对叶片的作用力，均通过在对应表面施加均布载荷现。螺钉的拉力以均布力的形式施加在泵轮外轮缘的圆环面上。


泵轮上的比较大应力值为24373MP，发生位置在叶片与泵轮壁壳内壁相接外轮缘内缘处。因为外轮缘内缘的应力由外轮缘质量旋转应力与循环流动的工作液体作用在泵轮壁壳内壁上的液体压力叠加构成，所以当泵轮承受过大的内部油液压力载荷时，首先发生破坏的地方就是叶片与叶轮内壁相接处。叶轮其它地方的应力都相对较小。在叶片与内壁相接处，泵轮所用材料屈服极限为1080MP，比较大应力值低于屈服极限，满足相关设计要求；比较大变形值为011168，发生在泵轮比较外的边缘处。