[发明专利]叶片泵转子系统的振动仿真分析方法及其装置

说明书

本发明提供一种叶片泵转子系统的振动仿真分析方法及装置。该方法包括如下步骤：利用所述三维水体网格建立计算流体力学模型；以稳态计算结果为初始值，根据预设参数获取每个叶片网格单元和每个轮毂网格单元瞬态计算结果，并通过积分的方法获得叶轮的瞬态受力；以叶轮的瞬态受力作为叶轮质点的载荷条件，采用有限元分析根据预设的转子系统信息对由主轴、轴承和叶轮质点组成的转子系统进行瞬态动力学分析，并获得瞬态动力学分析结果；根据瞬态动力学分析结果获得转子系统的振动情况。该方法将计算流体力学与转子动力学有限元分析两大模型结合起来，可以快速、准确地获得水力诱导下叶片泵转子系统的振动情况，满足叶片泵子系统设计需求。

【技术领域】

本发明涉及一种叶片泵仿真分析技术领域，具体地，涉及一种叶片泵转子系统的振动仿真分析方法及装置。

【背景技术】

叶片泵是应用最为广泛的流体输送管网系统核心装备和能量转换装置，对流体输送系统的安全稳定运行起到决定性作用。一般情况下，叶片泵的运行状况与其结构振动密切相关，尤其是水力作用下转子系统的振动特征。如何在各种可能的运行工况下，控制转系系统的振动烈度，并合理地安排装配工艺，是叶片泵设计制造最重要的内容之一。目前主要针对设计方案试制叶片泵样机，开展水力性能试验并使用振动传感采集设备获得轴承等转子系统部件的振动情况。尽管计算流体力学技术已经被广泛地用于叶片泵领域的水力性能预测，各种结构分析有限元技术也普及至叶片泵领域的结构力学仿真领域，也有将计算流体力学与有限元分析耦合进行叶轮强度校核的应用案例；但是，对于如何采用仿真分析的方法，准确地获得流体诱导下转子部件的振动信息，尚没有公知的信息披露和现有的应用案例。

【发明内容】

本发明提供一种叶片泵转子系统的振动仿真分析方法及其装置，通过将计算流体力学与转子系统动力学有限元分析结合起来，快速、准确获得不同运行工况点下叶片泵转子系统的振动情况。

为实现上述目的，本发明提供一种叶片泵转子系统的振动仿真分析方法，包括如下步骤：

对叶片泵的三维水体模型进行网格划分得到三维水体网格，并利用所述三维水体网格建立计算流体力学模型，所述三维水体网格包括多个叶片网格单元和多个轮毂网格单元；

以稳态计算结果为初始值，根据预设参数获取每个叶片网格单元和每个轮毂网格单元瞬态计算结果，并通过积分的方法获得叶轮的瞬态受力，所述预设参数包括时间步长和第一计算总时长；

以叶轮的瞬态受力作为叶轮质点的载荷条件，采用有限元分析根据预设的转子系统信息对由主轴、轴承和叶轮质点组成的转子系统进行瞬态动力学分析，并获得瞬态动力学分析结果，其中，有限元分析的计算总时长与第一计算总时长相同；

根据瞬态动力学分析结果获得转子系统的振动情况。

优选的，所述对叶片泵的三维水体模型进行网格划分得到三维水体网格，并利用所述三维水体网格建立计算流体力学模型包括：

分别单独绘制叶片泵的叶轮水体、吸水室水体和压水室水体，再将三者进行装配组合为一个整体进行网格划分得到三维水体网格；

利用所述三维水体网格建立计算流体力学模型；

确定计算流体力学模型的进口边界条件和出口边界条件。

优选的，所述确定计算流体力学模型的进口边界条件和出口边界条件包括：

分别建立所述吸水室水体与所述叶轮水体以及所述叶轮水体与所述压水室水体的交界面联系，并以所述吸水室水体与所述叶轮水体的交界面为进口，所述叶轮水体与所述压水室水体的交界面为出口；

根据设计参数的工况点确定计算流体力学模型的进口边界条件和出口边界条件，所述设计参数包括流体介质的密度和粘度以及叶轮水体的旋转速度。