基于ANSYS软件的离心风机叶轮有限元分析

2 不同转速下叶轮的强度分析 基于 ANSYS 软件静力学模块对离心风机叶轮
强度进行分析，选取叶轮材料参数为结构钢，弹性模 量为 200 GPa，泊松比为 0.3[5-6]。在支座键槽处施加 固定约束，叶轮整体施加相应的转速，导入 FLUENT 软件得到的风压后，求得叶轮的强度，得出最大强度 出现在支座和叶轮的螺栓连接处[7-9]。
不同转速下叶轮的强度与位移变形分布见下页 图 3—图 10。
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第 33 卷
MPa 53.063 Max 34.16 29.891 25.621 21.351 17.081 12.811 8.5417 4.2719 0.002 110 4 Min
叶轮前六阶固有频率见表 4。
表 4 叶轮前六阶固有频率
阶 固有频率 /Hz 阶 固有频率 /Hz 阶 固有频率 / Hz
一阶 54.886 三阶 88.635
五阶
210.98
二阶 54.897 四阶
104.1
六阶 210.99
叶轮前六阶振型图见图 11—图 16。
MPa 849.28 Max 345 172.55 147.91 123.26 98.618 73.973 49.327 24.682 0.036 346 Min
图 3 500 r/min 转速下
叶轮的强度
MPa
212.28 Max 181.63 172.55 147.91 123.26 98.606 73.957 49.307 24.658 0.008 238 5 Min
图4
1 000 r/min 转
速下叶轮的强度
力学分析求得叶轮前六阶固有频率及振型图[7]。
775 850 1 600 160 85
20
35
10
采用 CREO 软件对离心风机叶轮进行三维建 模，三维模型见图 1 所示。
图 1 离心风机叶轮三维模型
收稿日期：2018-03-12 第一作者简介：李鹏飞（1986—），男，本科，2009 年毕业于内蒙 古科技大学过程装备与控制工程（化工机械）专业，现为机械 工程专业在读工程硕士，安全评价师，工程师，就职于内蒙古 安邦安全科技有限公司。
出口压力
转速 （/ r· 出口速度 / 出口压力 转速 （/ r· 出口速度 / 出口压力
min-1） （m·s-1）
/Pa
min-1） （m·s-1）
/Pa
500
16.99 192.25 2 000
73.01 3 375.13
1 000
37.12 884.16 3 000 112.16 8 072.04
根据离心风机运行工艺参数，经初步理论计算 得出叶轮主要几何参数[3]，叶轮主要几何参数见表 1。
表 1 叶轮主要几何参数
叶轮进 叶片进 叶轮出 叶片进 叶片出 叶片入 叶片出 叶轮叶 口直径 口直径 口直径 口宽度 口宽度 口角度 / 口角度/ 片数目 /
/mm /mm /mm /mm /mm （°） （°） 个
图 11 叶轮第一阶振型图
mm
2.109 4 Max 1.875 1.640 6 1.406 3 1.171 9 0.937 5 0.703 13 0.468 75 0.234 38 0 Min
图 5 2 000 r/min 转
速下叶轮的强度
MPa 1 911 Max 800 345 295.73 246.45 197.18 147.9 98.63 49.355 0.018 346 Min
图 6 3 000 r/min转速
下叶轮的强度
mm
2.118 6 Max 1.883 2 1.647 8 1.412 4 1.177 0.941 59 0.706 19 0.470 79 0.235 4 0 Min
关键词：离心风机叶轮 强度分析 动力学分析
中图分类号：TH432；TP391.72
文献标识码：A
文章编号：1003-773X（2018）06-0035-03
引言 叶轮作为离心风机实现机械能转换为风能的核
心部件，其力学性能的好坏直接影响了离心风机的 寿命及安全性。离心风机运行过程中叶轮存在弯曲、 撕裂、断裂等安全隐患，传统设计过程中一般采用理 论公式对叶轮进行强度计算不能完整的预测叶轮的 力学性能，而采用 ANSYS 有线元法不仅可对离心风 机叶轮进行强度分析和动力学特性分析，还可求得 不同转速下叶轮的应力分布、变形分布和运转过程 中的临界转速，从而为实际生产运行工况提供理论 基础[1-2]。 1 离心风机叶轮建模与流场分析
李鹏飞， 张玉宝
（内蒙古科技大学， 内蒙古 包头 014010）
摘 要：根据离心风机的实际工作情况，采用理论计算与 ANSYS 软件相结合的方法，对离心风机叶轮进行三
பைடு நூலகம்
维建模、风道流场分析和强度分析，从而得出不同转速下叶轮的强度，然后对不同转速下的强度与位移变形
进行对比分析，确定叶轮能承受的最大转速，为更好地掌握和分析离心风机生产运行工况提供理论基础。
5.710e+001 4.282e+001 2.855e+001 1.427e+001 0.000e+000 m/s
图 2 500 r/min 转速下 2 000 步后的流线图
不同转速下 2 000 步后离心风机的出口速度和 出口压力见表 2。
表 2 不同转速下 2 000 步后离心风机的出口速度和
总第 182 期 2018 年第6 期
机械分析与设计
机械管理开发 MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT
Total 182 No.6，2018
DOI:10.16525/j.cnki.cn14-1134/th.2018.06.015
基于 ANSYS 软件的离心风机叶轮有限元分析
离心风机风道流动为湍流，基于 FLUENT 软件 选用 RNG k-ε 湍流模型对风道流场进行分析[4]。
离心风机工作过程中叶轮带动介质旋转，设置 旋转区域转动中心为（0，0，0）点，转轴为 Y 轴。选取 SIMPLE 算法实现压力和速度的耦合，压力相采用 standard 标准算法，设置相应的松弛因子以提高计算 的收敛性，计算求得不同转速下 2 000 步后离心风 机的流线图以及出口速度和出口压力。500 r/min 转 速下 2 000 步后的流线图见图 2。