馬崇斌　祁祥松　梁之西　王建鵬

摘 要：六片斜葉圓盤渦輪攪拌器是壓力容器中重要的工作部件，其轉(zhuǎn)動速度的大小和穩(wěn)定直接關(guān)系到壓力容器的工況能否正常運行，結(jié)合UG6.0對相應(yīng)的六片斜葉圓盤渦輪攪拌器進行簡化和實體建模。將簡化過的模型導入ANSYS Workbench的模態(tài)分析模塊，結(jié)合相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力分析模塊對工況轉(zhuǎn)速條件下的六片斜葉圓盤渦輪攪拌器模態(tài)進行分析，分析六片斜葉圓盤渦輪攪拌器的前六階的模態(tài)，通過模態(tài)分析得到各階固有頻率和實際工況轉(zhuǎn)速相比較，為研究壓力容器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和振動分析提供了理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：斜葉圓盤渦輪；攪拌軸；ANSYS；模態(tài)分析

引言

六片斜葉圓盤渦輪攪拌因其具有循環(huán)性能好，動力消耗低等特點，在石油，化工等行業(yè)的應(yīng)用尤為突出。六片斜葉圓盤渦輪攪拌器主要工作部件是一具有離心輪狀的圓盤，當攪拌軸轉(zhuǎn)動時，物料沿輪狀圓盤的軸向由中心孔進入葉輪，在各小葉片作用下而獲離心加速度，向轉(zhuǎn)軸中心流竄產(chǎn)生渦流而達到攪拌混的目的.所以，在實際工況的低速旋轉(zhuǎn)中，整個攪拌器的結(jié)構(gòu)剛度受到轉(zhuǎn)速的影響而發(fā)生改變。故對實際工況下的攪拌器子進行模態(tài)分析是十分必要的。

1 六片斜葉圓盤渦輪攪拌器的模態(tài)分析方法

應(yīng)用模態(tài)分析方法確定攪拌器的動態(tài)特性包括固有頻率表，振型和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。利用有限元法求解具有不規(guī)則集合攪拌器模態(tài)，考慮相應(yīng)軟件中的 ANSYS Workbench 的線性模態(tài)分析方法，因此結(jié)合振動學可知，多自由度無阻尼振動方程為（1）：

2 六片斜葉圓盤渦輪攪拌器的模型建立

參考實際攪拌器尺寸，采用 UG6.0 繪制攪拌器的三維實體模型，為提高后期網(wǎng)格質(zhì)量和結(jié)果分析的準確性。僅僅選取攪拌器主體模型。

去除倒角，裝配凹槽等細節(jié)模型。保留相應(yīng)的主軸階梯狀結(jié)構(gòu)，為后期施加提供位置標識。

3 六片斜葉圓盤渦輪攪拌器的模態(tài)分析

參照攪拌器的實際工況可知，攪拌器由兩側(cè)的軸承固定約束，軸承有一定的剛度和阻尼。而在 ANSYS Workbench中的模態(tài)分析環(huán)節(jié)，一般選用計算方法的為線性計算方法，即忽略阻尼對攪拌器系統(tǒng)影響，因此對攪拌器系統(tǒng)的軸承處施加圓柱約束，保證攪拌器符合實際工況條件下的約束。參考該攪拌器的額定轉(zhuǎn)速，對整體斜葉圓盤渦輪攪拌器施加相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)速度，該型號的六片斜葉圓盤攪拌器的額定轉(zhuǎn)速n為1500r/min，即則157rad/s，f=n/60=25Hz。設(shè)定求解變形量和應(yīng)力值并進行求解計算。所得靜力分析的結(jié)果作為模態(tài)分析的基礎(chǔ)，直接利用 ANSYS Workbench 自帶的模塊化操作，對斜葉圓盤攪拌器進行模態(tài)分析。分析方法采用系統(tǒng)默認的 Block Lanczos 算法，即模態(tài)疊加法。速度更快，對線性無阻尼的計算較為適合，因攪拌器的共振一般發(fā)生于低階固有頻率的共振，因此設(shè)置模態(tài)求解為前6階，經(jīng)過求解可得轉(zhuǎn)子前六階段的固有頻率。

由該六片斜葉圓盤渦輪攪拌器的額定工況可知，f=25Hz，因此工況轉(zhuǎn)速的激振頻率遠遠低于該六片斜葉圓盤渦輪攪拌器的一階固有頻率，因此不會引起共振的發(fā)生。

4 結(jié)束語

（1）該六片斜葉圓盤渦輪攪拌器在額定轉(zhuǎn)速下的整體剛度變化較小，最大應(yīng)力為 0.192 MPa，對整體剛度影響較小，可以不予考慮。（2）該六片斜葉圓盤渦輪攪拌器額定工況下一階固有頻率遠高于額定工況，同時其一階固有頻率也遠高于該攪拌器的通過頻率，其設(shè)計符合要求。（3）基于 ANSYS Workbench 的模態(tài)分析能夠結(jié)合攪拌器的實際工況對攪拌器的固有頻率及其影響因素進行分析，方便快捷。

參考文獻

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作者簡介：馬崇斌（1993-），男，漢，黑龍江鶴崗，在讀研究生，碩士，山東科技大學，研究方向：動力工程。

祁祥松（1991-），男，漢族，山東濟南，在讀研究生，碩士，山東科技大學，研究方向：機械工程。

梁之西（1993-），男，漢族，山東濟南，在讀研究生，碩士，山東科技大學，研究方向：機械工程。

王建鵬（1992-），男，漢族，山東濰坊，在讀研究生，碩士，山東科技大學，研究方向：機械工程。