用ANSYS軟件研究軸流通風(fēng)機(jī)葉輪的振動(dòng)特性

1、用 ANSYS 軟件研究 軸流通風(fēng)機(jī)葉輪的振動(dòng)特性 Re search on Vibration of Axial Fan Impeller with ANSYS鈕冬至 樊啟泰上海交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院【摘要】 用 ANSYS 軟件對(duì)軸流通風(fēng)機(jī)葉輪的振動(dòng)特性進(jìn)行了分析 。模型 ,ANSYS機(jī)輔助設(shè)計(jì) 。關(guān)鍵詞 :葉輪軟件 振動(dòng) 分析Abstract :Vibrating characteristic is analyzed on the axial fan impeller with the software ANSYS. The fi 2 nite element model of axial

2、 fan impeller is built. The natural frequency and mode of impeller are cal 2 culated. It is an advanced method that use ANSYS to analyze the vibrating characteristic of axial fan impeller. It can be also used in fan CAD.K ey w ords :Impeller Soft w are Vibration Anal 2 ysis一 、 前言在軸流通風(fēng)機(jī)事故中 , 軸流通風(fēng)機(jī)葉片斷

3、裂 事故往往占很大比例 , 而其葉片的斷裂原因又多 由振動(dòng)引起 , 所以對(duì)葉輪的振動(dòng)特性進(jìn)行分析非 常重要 。 以前利用手工或半手工算法對(duì)葉片進(jìn)行 振動(dòng)計(jì)算工作量大 , 不容易表達(dá)其振型情況 , 且未 考慮輪轂和葉片之間的耦合振動(dòng)現(xiàn)象 。本文利用 引進(jìn)的大型通用有限元分析軟件 ANSYS 建立了 葉輪的整體有限元模型 , 分析了葉輪的振動(dòng)特性 , 并且通過(guò)試驗(yàn)證實(shí)了結(jié)果的可靠性 , 說(shuō)明了用 ANSYS 軟件對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行振動(dòng)分析是一種先進(jìn)的 方法 , 而且也可以作為切實(shí)可行的方法用于風(fēng)機(jī) 產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 。(1 幾何參數(shù)型號(hào) :5#軸流通風(fēng)機(jī) ; 葉片數(shù)為 4片 , 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn) 速為 750r

4、/min , 葉片內(nèi)徑為 0. 18m , 葉片外徑為 0. 5m , 葉 片 厚 度 為 2. 4mm , 輪 轂 鋼 板 厚 度 為 4. 25mm 。(2 材料及物理性能葉片采用鋁板 (L Y12M , 密度為 2800kg/m 3, 彈性模量為 68GPa , 泊松比為 0. 33, 十字架輪轂采 用普通碳素鋼 Q235-A , 密度為 7850kg/m 3, 彈性 模量 為 206GPa , 泊 松 比 為 0. 26, 屈 服 極 限 為 216MPa 。(3 葉輪整體有限元力學(xué)模型的建立首先利用儀器對(duì)實(shí)際葉輪進(jìn)行測(cè)量 , 得到葉 片及輪轂部分若干點(diǎn)的坐標(biāo) , 對(duì)于 5#軸流通風(fēng)

5、機(jī) , 在一個(gè)葉片上取 76個(gè)點(diǎn) , 在 1/4輪轂上取 20個(gè)點(diǎn) , 用這 96個(gè)點(diǎn)為基礎(chǔ) , 建立葉輪 1/4部分的 立體模型 , 然后根據(jù)葉輪旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的幾何特性 , 通 過(guò)軟件的對(duì)稱拷貝和布爾運(yùn)算 、 搭接及粘接等功 能建立葉輪整體的立體模型 。所建力學(xué)模型的重 量為 1. 975kg , 與實(shí)際葉輪的重量 1. 99kg 非常接 近 (誤差 <2% , 證明所建力學(xué)模型與實(shí)際葉輪相 符 。葉輪整體模型共分為 3070個(gè)節(jié)點(diǎn) ,2905個(gè)單 元 , 如圖 1所示 。三 、 葉輪振動(dòng)特性的有限元計(jì)算結(jié)果及說(shuō)明(1 一階振動(dòng)頻率為 80. 4Hz , 振型表現(xiàn)為葉片前后擺振 , 其中

6、1、 3葉片向前擺動(dòng)時(shí) ,2、 4葉片向后擺動(dòng) , 相2001年 1月 8日收到 上海市 200030用 ANSYS 軟件研究軸流通風(fēng)機(jī)葉輪的振動(dòng)特性 位相差 180° 。圖 1 葉輪有限元網(wǎng)格實(shí)體圖圖 2 葉輪的一階振型 圖 3 葉輪的二階振型 圖 4 葉輪的三階振型 圖 5 葉輪的四階振型 (2 二階振動(dòng)頻率為 130. 11Hz , 振型表現(xiàn)為 4個(gè)葉片同相 前后擺振 。(3 三階振動(dòng) 頻率為 183. 36Hz , 振型表現(xiàn)為 1、 3葉片前后 反相擺振 ,2、 4葉片繞 X 軸同方向扭轉(zhuǎn)振動(dòng) 。(4 四階振動(dòng)頻率與第三階振動(dòng)重頻 , 為 183. 84Hz , 但是 其振型

7、與 3階振動(dòng)不同 , 振型表現(xiàn)為 1、 3葉片繞 Y 軸同方向扭轉(zhuǎn)振動(dòng) ,2、 4葉片前后反相擺振 。四 、 采用有限元軟件 ANSYS 對(duì)風(fēng)機(jī)葉輪振動(dòng)特性進(jìn)行分析的優(yōu)點(diǎn) 1. 具有較高的準(zhǔn)確性采用這種方法較以前的手工或半手工算法更 真實(shí)地反映了葉輪的實(shí)際結(jié)構(gòu)情況 , 因此提高了 計(jì)算結(jié)果的精確度 。與試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析方法相比 較 , 結(jié)果很接近 , 特別是在低階頻率情況下 , 誤差 很小 。 例如 , 通過(guò)試驗(yàn)方法測(cè)得的上述風(fēng)機(jī)的前 五階固有頻率 , 與用有限元方法計(jì)算的結(jié)果比較 如表 1所示 (計(jì)算誤差時(shí) , 假定試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛻B(tài)分析方 法為準(zhǔn)確值 。(下轉(zhuǎn)第 14頁(yè) 計(jì)算機(jī)應(yīng)用 風(fēng)機(jī)技術(shù) 2001年第 5期了葉輪總體壓力不變 。圖 1為我廠 D180改型設(shè)計(jì)的新舊葉輪葉片 分布圖對(duì)照 。圖 1 出 , 流道的截面積顯著加寬 ; 流道的長(zhǎng)度也有所縮 短 ; 加上長(zhǎng)葉片分兩截錯(cuò)位排布 , 使外端長(zhǎng)葉片吸 力面流速明顯增加 , 達(dá)到少粘灰的目的 , 再加上葉 片表面耐磨防腐涂層光滑處理 , 使葉輪運(yùn)轉(zhuǎn)周期 增加變?yōu)楝F(xiàn)實(shí) 。四 、 使用效果分析我廠為濟(jì)鋼改造的 D80,D180葉輪