2023年第1期基于流固耦合的轴流泵流动与可靠性分析*夏斌1，2金雷2朱庆龙2胡薇2李连颖2（1－无锡职业技术学院机械技术学院，江苏无锡214121；2－合肥恒大江海泵业股份有限公司，合肥231135）摘要：某泵站中的轴流泵是整个调水工作正常进行的关键设备。针对轴流泵运行的高效性和安全性问题展开分析，通过数值模拟的方法研究设计工况下轴流泵内部的流动状况、预测水力性能。在流场计算结果的基础上，对轴流泵包括叶轮、转轴的转子进行建模，运用ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ软件对叶轮内流场与转子进行了流固耦合数值模拟，分析叶轮部件的受力与变形情况，校核工作轴的临界转速，为轴流泵的安全运行提供依据。关键词：轴流泵流固耦合静力学分析临界转速中图分类号：ＴＨ311文献标识码：Ａ*基金项目：江苏省高等学校自然科学基金面上项目（Ｎｏ.19ＫＪＤ470006）；无锡职业技术学院科研课题项目（Ｎｏ.ＢＴ2018－01）某泵站中，采用轴流式叶轮作为对水做功增压的核心部件，为水的调节提供动力［1］。轴流泵在泵站中的部分如图1所示，轴流叶轮两侧进口段和出口段流道中间均匀分布三片厚度为25ｍｍ的导流叶片，起支承与导流作用。轴流泵主要零件转轴的材质为2Ｃｒ13，叶轮材质为1Ｃｒ18Ｎｉ9Ｔｉ。叶轮设计参数：设计流量Ｑ＝15ｍ3／ｓ＝54000ｍ3／ｈ，设计扬程Ｈ＝3ｍ，额定转速ｎ＝146ｒ／ｍｉｎ。轴流泵进口处有约3.2ｍ倒灌，进口处压力约1.32ａｔｍ。图1某泵站轴流泵部分1轴流泵的流场计算1.1计算模型建立与网格划分轴流泵流场计算区域主要为轴流叶轮、进口段和出口段部分，首先根据设计的轴流叶轮水力及零件图建模，得到叶轮三维模型，如图2所示。采用叶轮模型切除叶轮区域，导流叶片切除进口段和出口段，得到液体在内部流动的水体区域，为保证进出口流动稳定且不受旋转部件的影响，在进出口分别延长一段1500ｍｍ的长度，得到轴流泵流场计算水体模型，如图3所示［2］。本文使用ＩＣＥＭ软件对计算模型划分网格。考虑到模型的复杂性，使用对复杂边界流场问题有很好适应性的非结构网格进行网格划分，网格划分完图2轴流叶轮三维模型·91·2023年第1期图3轴流泵流场计算模型毕后即可导入ＣＦＤ流动分析软件［3］。1.2边界条件设置与计算数值模拟采用对壁面流固分离具有很高计算精度的ＳＳＴｋ－ω湍流模型。计算中，固体壁面设置为表面粗糙度为16μｍ的壁面边界条件。进口边界条件设置为总压进口（ｔｏｔａｌｐｒｅｓｓｕｒｅ），压力为1.32ａｔｍ；出...
