基于有限元大型竖井贯流泵轴系强度及稳定性分析

为研究南水北调东线某大型竖井贯流泵装置设计方案轴系结构的稳定性，借助Ansys Workbench多物理场计算平台，基于CFD数值模拟和FEM有限元计算，对泵装置三维内部流场及轴系结构场进行了联合求解，研究了不同工况下贯流泵装置轴系的静力学特性。结果表明，随着扬程的增加，叶片两侧压差、轴系最大等效应力及最大位移增大，轴系最大应力集中位置由轴承与泵轴连接处变化到叶片与轮毂连接处，总变形沿轮毂到轮缘方向逐渐变大，其中叶轮轴系在设计扬程下最大等效应力为66.411 MPa,最大位移1.667 3 mm;对比泵轴直径、长度、支撑位置等变量参数发现，轴的直径是影响贯流泵装置轴系强度稳定性的主要影响指标，随着最大等效应力和最大位移值随泵轴直径增大1.1倍，分别减小了28.42%、34.86%;泵轴最优直径为0.346 5 m,推力轴承与泵轴连接处疲劳安全系数2.214 9为最小值，满足安全稳定的要求，对推力轴承与泵轴连接处和叶片与轮毂连接处进行加厚处理有利于提升机组稳定性。研究结果可为贯流泵装置水力设计和轴系强度分析提供参考。