一、轉子部件的物理模型

所選研究對象為600MW超臨界火電機組汽動鍋爐給水泵轉子，該超臨界泵轉子部件有材料為1.4313的軸一根，材料為ZGlCrl3Ni的雙吸葉輪一個，單吸葉輪五個，軸的總長為2763mm,支承軸承的跨距為2131mm，材料1.4313的力學性能分別為彈性模210GPa，泊松比0.26；材料ZGlCrl3Ni的力學性能分別為彈性模量190GPa,泊松比0.3；由推力盤限制軸向位移；采用口環及級間密封，徑向由徑向軸承支承，由于結果相當復雜，故在ANSYSWorkbench中建模是很困難的，所以采用具有較強造型功能的Pro/Engineering軟件進行建模，先將各個零件進行獨立建模，然后采用骨架裝配技術將各個零件進行裝配，在整個建模過程中忽略了對模態分析影響甚微的鍵槽、小孔等特征。所得轉子物理模型如圖1所示。

二、材料屬性

本轉子部件的軸的材料為1.4313,葉輪的材料為ZGlCrl3Ni，因這兩種材料不在ANSYSWorkbench的材料庫中，為此需要人工定義材料，手動輸入這兩種材料的相關屬性，并將其添加到材料庫，以便使用，兩種材料的主要的屬性表如下所示：

三、網格劃分

采用四面體劃分網格法進行計算域的離散，http://gygpump01.cn.qiyeku.com為了提高計算精度，設置相關度為30,網格劃分結果為：節點數：146819，網格數：82819。計算模型如圖2所示。

四、邊界條件及基本假設

在圓柱面位置均給定圓柱面約束即軸向、徑向均約束，切向均自由；將彈簧單元中與軸相連的結點給定軸向約束，而彈簧另一端的結點完全固定；不考慮公差配合引起的連接不切實對分析結果的影響，認為該超臨界泵轉子各零部件間均為剛性連接，不存在連接間隙的影響。

五、無載、剛性支承條件下轉子的臨界轉速

為了便于分析各因素對臨界轉速的影響，借助ANSYSWorkbench12軟件，采用模態分析求解無載（不考慮重力、液體對葉輪的作用力等）、剛性支承下水泵轉子的臨界轉速，通過人工定義軸及葉輪的材料，網格劃分如前所述，在水泵轉子與軸承接觸部分給定徑向、軸向約束作為位移邊界條件。

可以看出，第1子步產生一階彎曲振動，水泵振動方向沿著Z方向，而且振型只有一個極值點，是水平一彎振動；而第2子步的振動方向是沿著F方向振型也只有一個極值點，是豎直一彎振動；其它相鄰子步則也是互相正交的彎曲振動，第4、5、6子步分別為三階、四階、五階彎曲復合振動，其中四、五子步有兩個極值點，第六子步有三個極值點；第三子步為向內擠壓扭轉耦合振動；前五階橫向彎曲振動的固有頻率（Hz)分別為：108.96，108.97,314.4,314.45,639.14。相應的臨界轉速（r/min)值為：6537.6,6538.2,18864,18867,38348.4。

六、支承跨距對轉子臨界轉速的影響

為了驗證求解方法的可靠性，計算了不同支承跨距下水泵轉子的臨界轉速，結果如表2所示。

由表2可以看出，隨著支承跨距的減小，http://gygpump01.cn.qiyeku.com轉子同階的臨界轉速是增加的，這是由于支承跨距的減小，使轉子的剛度提高，使得轉子臨界轉速提高，這與實際情況相符，故采用有限元軟件ANSYSWorkbench12對超臨界泵轉子進行模態分析，求解臨界轉速值的結果是可靠的。

七、陀螺效應作用下轉子的臨界轉速

陀螺力矩對轉子部件臨界轉速的影響又稱為陀螺效應或回轉效應。

當圓盤不在支承中點或偏于一邊時，轉軸變形后，圓盤的軸線與兩支點的連線產生一夾角。于是，圓盤對質心產生動量矩作用，當轉軸有自然振動時，圓盤軸線與兩支點連線所構成的平面產生進動角速度，由于軸線的變化，圓盤對質心產生動量矩將不斷改變方向，從而產生慣性力矩，這一慣性力矩被稱為陀螺力矩。

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