一、葉輪強度分析的必要性

葉輪是泵的核心部件，工作時葉片上承受著流體的反作用力，葉片自重及旋轉產生的離心力，液流對葉片產生的摩擦力。由于葉片的特殊形狀，葉片根部與柄的連接處產生了比較大的集中應力。如葉片設計過厚，雖可降低葉片根部的集中應力，但也降低了泵的水力性能，同時也不符合經濟性原則；若設計過薄，葉片根部容易產生裂紋，強度計算可校驗葉片根部在彎矩和扭矩聯合作用下所產生的應力是否滿足強度要求。許多科研人員對葉輪葉片的應力做了大量的探索，并得到了很多計算方法，如常規簡化計算法、二次計算法、迭代法、有限元法等等。而近年來，有限元分析方法在水泵研究方面有了很多的應用。借助有限元分析軟件對廣一水泵葉輪強度進行校核，求得葉片上的應力分布情況，合理確定葉片厚度

二、葉輪強度分析

1、建模與網格處理

利用SolidWorks對葉輪完成建模，模型如圖1所示。用實體四面體單元對模型進行網格劃分。水泵葉輪材料為鑄造不銹鋼，輸入相關材料屬性，方法在此不再累述。

2、載荷與約束

泵葉片是空間形狀，厚度沿著弦長方向分布不均勻，葉片表面各點的水壓力也不同，隨著CFD軟件的高速發展，流體計算軟件能夠很好的模擬出水泵葉片表面各點所受的壓力。

目前CFD軟件主要有兩大類，一類為專業的流體分析軟件如CFX、Fluent、FlowMaster、PHOENICS軟件等，另一類為三維CAD軟件中的流體分析插件，如SolidWorks軟件集成的流體分析插件FlowSimulation，兩類軟件優劣比較如下所述。

專業分析軟件功能強大、在泵行業中應用廣泛，成功案例較多，借鑒的資料與經驗較多，很多的學者使用該類軟件計算葉輪的內部流動，如http://gygpump01.cn.qiyeku.com運用PHOENICS軟件計算了離心泵葉輪內部的三維紊流，并把計算結果與LDV的測量進行對比，用Fluent進行離心泵內流場的數值模擬等；但這類軟件往往操作復雜、很難為一般設計人員掌握。

而集成的流體分析插件功能相對專業軟件來說偏弱、操作方便簡單、使用者無需大量的專業背景和培訓就可掌握，可供一般的水泵設計人員使用，作為設計時的借鑒與依據。且由于軟件的集成性，流體分析的結果可直接導入到結構分析中實現流固耦合，作為設計時的借鑒與依據。

在實際中，企業可根據自身的情況選擇合適的流體分析軟件。利用流體仿真技術得到的葉片表面壓力分布情況，將其結果文件(.fid)直接導入到Simulation中，實現流固耦合分析。導入圖1所示。

當然對于某些企業缺乏流體分析軟件及相關流體分析經驗時只能通過經驗公式換算進行施加，可能會導致得不到精確的解，故經驗估算的方法不推薦。

斜流泵為旋轉機械，葉輪工作時繞泵軸定速旋轉，將產生離心力，其方向與泵軸方向垂直，其大小與水泵的轉速、葉片半徑及葉輪材質有關。對其施加離心力載荷，輸入泵的工作轉速，如圖2所示。

同時可在分析時考慮重量的影響，選擇“引力”載荷，輸入重量加速度“9.8m/s2”，方向朝下。假設葉輪與轉軸連接位置的面固定，限制該面6個自由度。

3、結果分析

葉輪{zd0}VonMises應力為93.IMPa，位于葉片的外側邊緣處。屈服應力為240MPa，安全系數約為2.58。通常http://gygpump01.cn.qiyeku.com葉輪安全系數約為2?3,基本滿足強度要求。

除要了解葉輪的合位移外，還需要了解水泵葉輪徑向位移量，以確定葉輪與轉軸間的間隙，葉輪合位移、徑向位移。從應力、位移結果來看，該葉輪基本滿足強度、剛度要求。

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