離心風機葉輪的有限元分析及優(yōu)化
關鍵詞：離心風機 發(fā)布時間：2013-07-11 點擊數：2320
離心風機是將機械能轉化為氣體的壓力能，提高氣體壓力并排送氣體的機械。離心風機廣泛應用于礦業(yè)、建筑、鋼鐵、發(fā)電和農業(yè)等國民生產生活領域。葉輪和葉片是離心風機的重要工作部件，它的強度影響風機的安全運行，其結構參數決定風機的性能。傳統(tǒng)方法計算葉輪和葉片的應力比實際值小，設計出來的風機會出現事故。離心風機設計時較多的采用相似設計法，沒有優(yōu)化風機的相關結構參數，使風機性能不夠理想。本文運用現代設計方法對葉輪和葉片進行強度計算、結構參數優(yōu)化和流場模擬，為離心風機的設計和改進提供參考。
1、以油菜籽分選機上用的離心風機為研究對象，根據風機各零件的制造圖紙，利用Pro/E分別建立了離心風機及其零部件的三維實體模型和風機內流場流道的三維模型。
2、借助有限元分析軟件ANSYS對葉輪進行靜力分析，得到葉輪的應力、應變分布云圖。將有限元分析結果與傳統(tǒng)計算方法結果對比，驗證了傳統(tǒng)計算方法的局限性。兩種計算方法都表明該風機葉輪滿足強度條件，但有限元分析結果更接近于實際。
3、利用ANSYS對葉輪進行了模態(tài)分析，得到葉輪的前八階固有頻率和對應的振型圖。葉輪的干擾頻率小于葉輪的各階固有頻率，因此葉輪不會發(fā)生共振。
4、建立了以風機在設計流量下的流力損失*小為目標函數，葉輪部分結構參數為變量的優(yōu)化數學模型，借助MATLAB軟件的優(yōu)化工具箱對葉輪結構參數進行了優(yōu)化，得到*小流力損失和此時的葉輪結構參數，將流力損失由110.13Pa減小為75.51Pa。優(yōu)化結果表明將優(yōu)化設計方法運用于風機設計中可以有效提高風機性能。
5、利用CFD軟件FLUENT對離心風機內部流場進行了數值模擬，得到了風機內部流場各個部分的壓力云圖和速度矢量圖。通過速度矢量圖了解風機內空氣流動情況，通過壓力云圖可以預測風機的實際性能。計算結果可以為風機設計及改進提供參考。
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