YOCQ550调速型液力偶合器叶轮强度的有限元分析

　　液力偶合器是一种液力传动元件，具有隔离振动、无级调速、过载保护、使重载设备空载起动等优点。发电厂是其重要的应用领域。本文主要研究应用在发电厂锅炉给水泵上的液力耦合器。锅炉给水泵是发电厂的主要设备，随着电力工业的不断发展，参加调峰运转的机组容量越来越大，同时发电厂的发电量随社会需求、季节和昼夜不同而变化。基于以上工况，要求液力偶合器的关键元件-叶轮必须具有足够的强度和可靠性，因一旦发生叶轮叶片碎裂，将直接导致轴承损坏，从而导致整机失效。YOCQ550 调速型偶合器叶轮是一种新型产品，本文在流体力学和动力学理论基础上，利用I-DEAS、ANSYSY 软件对该液力偶合器叶轮进行了三维有限元分析计算，最后得到叶轮的应力和位移分布情况，在满足强度要求的前提下为液力偶合器的设计、制造提供了可靠的依据。

　　1 液力偶合器几何模型和主要参数

　　1.1 几何模型

　　液力偶合器的叶轮包括泵轮和涡轮，它们在工作时，泵轮负荷始终大于涡轮(泵轮转速、功率均大于涡轮)，因此，在材质和结构尺寸相同的情况下，可只对泵轮进行强度计算。泵轮体内铸有52 片叶片，泵轮体外铸有26 片甩油片(见图1)，图2 为液力偶合器泵轮的三维实体模型。

　　1.2 主要参数

　　叶轮叶片数：52 片;材料：铸铝ZL114A;密度：2700kg/m3;弹性模量：70GPa;泊松比：0.33;泵轮有效直径：550mm;额定功率：6300kW;转速：5500r/min;工作油密度：8.6×102kg/m³。

　　2 有限元模型

　　2.1 网格划分

　　考虑到结构的对称性，在进行有限元划分时，为了保证计算准确度同时提高计算效率，所以取图1 泵轮的二分之一为网格划分对象。泵轮体由四面体实体单元划分，考虑到叶片与泵轮体连接处容易产生破坏，因此对叶片的网格划分时，也由四面体实体单元划分。利用 ANSYS 软件提供的自由划分网格的方法，结果单元总数为72017;结点总数为20138，如图3 有限元网格所示。

　　2.2 载荷和位移边界条件

　　偶合器在高速转动工作时，在泵轮上主要是承受3个方面的作用力：

　　(1)金属材料在高速转动时产生的离心力

　　壳体自身离心力作用，通过定义材料密度和旋转速度来对所有单元施加离心力作用。

　　(2)工作液体对型腔内壁的压力

　　工作液体对叶轮壳体内壁压力是指在工作液体处于稳定满负荷循环状态下，对叶轮壳体内壁压力，通过工作液体在高速旋转下的离心力，作用在叶轮壳体上。通过已知的液体密度、转速和腔体内液体的体积可以计算得出。