Выбор расчетной схемы центробежного нагнетателя

Описанный выше подход был применен к расчету центробежного нагнетателя МЦТ. Эта машина предназначена для нанесения торкрет смеси на стенки горных выработок.

Новым неисследованным элементом этой машины является центробежный нагнетатель. Совершенствование его конструкции, снижение металлоемкости затруднено тем, что неизвестны нагрузки на лопатки нагнетателя и вал, на котором он установлен, а известные методики расчета таких конструкций не учитывают ряд силовых, конструктивных, и технологических факторов, которые оказывают существенное влияние на прочностные характеристики нагнетателя. А получить истинную картину напряженно-деформированного состояния этих элементов можно на основе программы ANSYS.

Расчетная схема центробежного нагнетателя представляется собой условие отображения реальной конструкции и задается в виде пространственной системы связанной в узлах конечных элементов с подробным изображением их технологии, связей, внешних нагрузок, граничных условий и.т.п.

Библиотека программы ANSYS содержит более 80 типов конечных элементов, каждый из которых определяет применимость к той или иной области расчетов, 9 прочностей, теплой и др., характерную форму элемента (линейную, плоскую, в виде балки и др.), а также двухмерность или трехмерность элемента как геометрического типа.

В процессе моделирования использовалась, декартова система координат и международная система единиц измерения СИ.

Построение структурной модели начинается с задания типа элемента, который в свою очередь определяется типом модели – плоской или объемной.

В нашем случае была принята объемная модель с возможностью вращения вала вокруг собственной оси UZ. Для моделирования был принят элемент Solid73 (рисунок 10) и материал объекта, со следующими характеристиками: материал изотропный, номер материала МАТ= 1, модуль упругости Е= 2∙10⁵ МПа; плотность ρ= 7850 кг/м³.

Общий вид твердотельного элемента SOLID73

Рисунок 10.

В таблице 8 приведены основные входные и выходные характеристики использованных элементов.

Таблица 8

Входные характеристики элемента SOLID73

Название элемента Узлы Степени свободы Реальные константы Свойства материала Поверхностные нагрузки Нагрузки на тело Специальные характеристики

SOLID73 I, J, K, L, UX, UY, UZ ROTX, ROTY, ROTZ Нет EX, EY, EZ, ALPX, ALPY, ALPZ, (PRXY, PRYZ, PRXZ or NUXY, NUYZ, NUXZ), DENS, GXY, GYZ, GXZ, DAMP Давления: сторона 1 (J-I-K), сторона 2 (I-J-L), сторона 3 (J-KL), сторона 4 (K-I-L) Температурные: T(I), T(J), T(K), T (L) Большое отклонение пластичность

Геометрическое построение структурной модели осуществлялось следующим образом: задавались координаты точек, по которым строились линии, из которых в свою очередь составляются поверхности, объединяемые в объемы (рисунок 11).

Геометрическое построение структурной модели вала с импеллером

центробежного нагнетателя

Рисунок 11.

Производилось разбиение областей конечными элементами (рисунок 12).

Разбиение областей структурной модели вала с импеллером

центробежного нагнетателя

Рисунок 12.

После получения конечно-элементной модели исследуемого объекта было проведено закрепление ее с целью ограничения степеней свободы, для чего была учтена реальная ситуация, т.е. тот факт, что тело под действием внешней приложенной нагрузки и сил реакции должно находиться равновесии. Закрепление произведено по верхнему торцу лопатки импеллера А- А по осям UX и UY, (расчетная величина предельной нагрузки на лопатку 0,4 Н/м) тем самым имитировалось давление торкрет смеси на одну из сторон лопаток. Кроме того, имитация подшипниковых узлов осуществлялась закреплением поверхностей E, V, L по оси UZ.

Имитация момента вращения привода машины центробежного торкретирования осуществлялась прикладыванием, сосредоточенных нагрузок, противоположенных по направлению, вдоль оси UY (F= 13,3 H/м) к узлам В и С (рисунок 13).

Закрепление поверхностей и приложение сосредоточенных нагрузок

Рисунок 13.