立式循环泵转子系统动态特性分析

·机械制造·王孚懋，等·立式循环泵转子系统动态特性分析MachineBuildingAutomation，Jun2014，43(3):13～16作者简介:王孚懋(1960－)，男，山东莱州人，硕士生导师，主要从事动力机械现代设计理论、噪声与振动方面的研究。立式循环泵转子系统动态特性分析王孚懋，刘凯，刘士杰，王昊(山东科技大学机械电子工程学院，山东青岛266590)摘要:运用ANSYS软件对换热站立式循环泵转子进行有限元模态分析。在Solidworks软件中建立泵转子的三维实体模型，导入ANSYS有限元软件进行模态分析，采用LMStest．lab振动噪声测试系统进行数据采集和分析后处理。研究了支撑方式和轴承刚度对泵转子系统固有频率的影响规律，为泵的结构优化提供理论基础，为转子结构的动态响应分析提供理论依据。关键词:立式循环泵;转子;LMStest．lab;模态分析;ANSYS中图分类号:TH326;TB115．1文献标志码:A文章编号:1671-5276(2014)03-0013-04TheDynamicAnalysisonＲotorSystemofPumpWANGFu-mao，LIUKai，LIUShi-jie，WANGHao(MechanicalandElectronicalAcademyofShanDongUniversityofScienceandTechnology，Qingdao266590，China)Abstract:ThispaperusessoftwareANSYStoanalyzethefiniteelementmodeloftherotoroftheverticalcirculatingpumpandes-tablishesitsthree-dimensionalsolidmodelinsoftwareSolidworks．TheLMStest．labnoiseandvibrationtestsystemisusedfordatacollectionandprocessing．Theinfluerceofthesupportingtypeandbearingstiffnessontherotornaturalfrequencyisdiscussed．Thetheoreticbasisisprovidedforthestructuraloptimizationandthedynamicresponseanalysisoftherotor．Keywords:verticalcirculatingpump;rotor;LMStest．lab;modalanalysis;ANSYS0引言兖矿集团社区管理中心202水泵房是铁东社区配套供水系统，该水泵房于2008年进行了扩容改造，水泵运行噪声对小区居民的生活环境造成了影响，居民反映强烈。泵体噪声由机械传动、电机运行和叶轮旋转等产生，叶轮旋转产生的低频振动与空气噪声相互耦合，传播距离远，影响范围大，所以研究动力机械设备的低频振动就显得尤为重要。随着科学技术的不断进步，现代动力机械设备朝着大型、轻薄、高速、复杂和自动化等方向发展，对动态性能要求愈来愈高。例如，由于机器转速的提高，使得惯性作用明显提高，振动与噪声问题突出，严重影响机器的工作性能和使用寿命;由于高速度和轻型化的要求，机构构件弹性变形不可避免，改变了传统刚性结构的运动与动力性能;由于机器转速与载荷的增加，使得机构运动副间隙、制造与加工误差、摩擦、磨损等因素对机器工作性能的影响更加明显。针对循环泵振动与噪声问题，很多学者开展了动力学研究。文献［1］采用有限元法对离心泵转子(叶轮及轴)的固有频率和振型进行了分析和研究，获得了转子的固有振动特性及各阶临界速度，与模态试验的结果相比，在误差的允许范围内，证明了有限元建模和计算方法是正确的。文献［2］将轴承支撑简化为具有一定刚度的弹簧，用有限元方法计算了曲轴在自由状态下扭转和纵向振动的固有频率，然后计算了不同边界条件下曲轴的扭转和纵振固有频率，通过比较得出了主轴承刚度对曲轴扭转和纵向振动的影响情况。本文以换热站ISG250－315型立式循环泵为例，采用ANSYS有限单元模态分析法，对立式泵自由转子进行动态分析，同时研究弹性支承刚度对其固有频率的影响，对泵的设计、减振降噪和安全运行提供理论依据，并结合具体试验对理论分析进行验证。1有限元结构动态模型结构模态分析的有限元方法是把物体离散为有限个数量的单元体，考虑粘性阻尼影响，有限元动态方程简化为一个n自由度的线性定常二阶微分方程［3］。［M］［x··］+［C］［x·］+［K］［x］=［f(t)］(1)式中:［M］、［C］、［K］分别为总体质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵;［x··］、［x·］、［x］分别为结构的加速度向量、速度向