[发明专利]一种离心泵轴系临界转速计算方法

权利要求书

1.一种离心泵轴系临界转速计算方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1:滚动轴承刚度系数计算；

S2:离心泵轴系三维有限元建模:

建立包括泵轴、叶轮以及其他转子部件在内的轴系结构三维模型，其中叶轮应包含蜗壳基圆直径范围内的水体部分，以便考虑水体附加质量及附加载荷的影响，具体以具有等效密度的圆盘实体表示；对三维实体模型进行网格划分，形成三维有限元模型；

S3:离心泵轴系各部件材料属性赋值：分别根据泵轴、叶轮及其他转子部件的材料设置其密度、弹性模量、泊松比；

S4:离心泵轴系结构分析约束条件设置；

S5:转子动力学求解设置及计算：选择前12阶预应力模态分析，考虑陀螺效应，控制方程

式中，u为位移向量；M为质量矩阵，为正定实对称矩阵；Ω为旋转速度，G为基于旋转速度的陀螺矩阵，K为广义刚度矩阵，F为叶轮水力载荷矢量；

开展转子动力学求解计算；

S6:离心泵轴系临界转速计算：通过有限元计算结果后处理获得Campbell曲线图，其与1倍频线的各交点即为该轴系的各阶临界转速。

2.如权利要求1所述的一种离心泵轴系临界转速计算方法，其特征在于，所述步骤S1，滚动轴承刚度系数计算，包括：

S1.1：径向滚子轴承刚度系数计算；

S1.2：推力滚子轴承刚度系数计算。

3.如权利要求2所述的一种离心泵轴系临界转速计算方法，其特征在于，

所述S1.1，径向滚子轴承刚度系数计算，包括：

S1.1.1：建立径向滚子轴承三维有限元模型；

S1.1.2：采用静力分析方法，在支撑面上施加径向支撑力F_r，计算得到支撑面平均变形量δ_r；

S1.1.3：根据公式(1)计算刚度系数k_r，

S1.1.4：分别施加不同的径向支撑力，计算得到一系列刚度系数，形成径向滚子轴承刚度系数随径向支撑力的变化曲线，提供给S4。

4.如权利要求2所述的一种离心泵轴系临界转速计算方法，其特征在于，所述S1.2，推力滚子轴承刚度系数计算，包括：

S1.2.1：建立推力滚子轴承三维有限元模型；

S1.2.2：采用静力分析方法，在支撑面上施加轴向支撑力F_a，计算得到支撑面平均变形量δ_a；

S1.2.3：根据公式(2)计算刚度系数k_a，

S1.2.4：分别施加不同的轴向支撑力，计算得到一系列刚度系数，形成轴向滚子轴承刚度系数随轴向支撑力的变化曲线，提供给S4。

5.如权利要求1所述的一种离心泵轴系临界转速计算方法，其特征在于，

所述步骤S4，离心泵轴系结构分析约束条件设置，包括

S4.1设置轴系转速范围；

S4.2在叶轮重心处施加载荷；

S4.3设置两台径向滚子轴承和一台推力滚子轴承处的弹性支撑刚度系数。

6.如权利要求5所述的一种离心泵轴系临界转速计算方法，其特征在于，所述S4.2中:叶轮水力载荷由离心泵流体非定常仿真通用技术获得，包括水力径向载荷F_rh、轴向载荷F_a、扭矩T，F_rh方向具有周期性变化特征，在有限元计算中取其与叶轮重力合力的时均值；F_a、T取计算时均值。

7.如权利要求5所述的一种离心泵轴系临界转速计算方法，其特征在于，所述S4.3中:轴承刚度系数需根据离心泵叶轮载荷确定；轴系中共有三台轴承，即与叶轮间距l₁的径向滚子轴承(1)、与叶轮间距l₂的径向滚子轴承(2)以及一台推力滚子轴承；

径向轴承支撑力通过轴系受力分析理论计算获得，具体公式见(3)、(4)：

(F_rh+m_ig)+m_sg+F_r1+F_r2＝0 (3)

式中，F_r1、F_r2分别为径向滚子轴承(1)、径向滚子轴承(2)的径向支撑力，m_i为包含水体质量的叶轮等效质量，m_s为泵轴及其他转子部件质量。