单级离心泵转子的模态分析与强度校核*

袁帅帅，李雪斌，谢孟雨，张永红，王 健，宋子豪

(1.安徽理工大学 机械工程学院，安徽 蚌埠 232001；2.山东理工大学 交通与车辆工程学院，山东 淄博 255049)

0 引 言

离心泵是一种典型的旋转式流体机械，其核心部件是转子-轴承-基础系统，其中转轴与叶轮构成的转子系统是其核心部件[1]。在离心泵的实际工作中，当转子的转速接近或者超过临界转速时，转子会发生强烈的振动。即使转子的运行状态发生改变，影响转子的正常工作。为保证系统正常工作或避免系统因振动而损坏，转动系统的转子工作转速应必须避开临界转速[2]。其主要避免转子在运转过程中发生共振。防止对离心泵造成损害影响工作和工作事故的产生。因此对于研究离心泵转子的模态分析及强度校核是具有非常重要意义。

笔者以单级离心泵转子为研究对象，建立离心泵转子的三维模型，运用基于有限元法的ANSYSWorkbench 软件对泵转子部件进行有限元分析并且根据机械设计理论对临界转速进行校核以及强度的计算。

1 转子模型的建立及材料选择

使用三维建模软件SolidWorks对单级离心泵转子进行建模。建立离心泵叶轮、泵轴、轴承、联轴器等部件实体的三维模型，并进行总体装配得到转子几何模型图。离心泵转子几何模型，如图1所示。离心泵叶片类型为闭式圆柱叶片，设计扬程H=20 m，流量Q=2m3/h，设计转速为2 900 r/min，叶轮进口直径为25 mm，叶轮出口宽度为20 mm。泵转子部分主要包括叶轮、泵轴、联轴器以及轴承。根据各部件工作环境和材料特点，叶轮材料选用304不锈钢，轴承材料选择GCr15，联轴器和泵轴材料为45钢。……