液環真空泵是廣泛應用于石油、化工、冶金、礦山、電力、輕工等行業的基礎設備。其轉子（葉輪和泵軸）是泵傳遞扭矩的關鍵零件之一，它的失效將直接導致整個機組停止工作。因此，對轉子強度的計算和校核是進行液環泵設計的重要一環。傳統的計算和校核方法計算繁瑣，可靠性差；本文采用ANSYS 軟件給出一種新的計算轉子強度的方法，它可以準確地獲得應力和變形的大小及位置，從而進行精確的力學性能校核。計算結果表明：本文所采用的分析方法可以較好的計算和分析液環泵轉子的力學性能，為實現產品的優化設計提供了可靠的理論依據。

　　液環真空泵是一種以旋轉液體作為活塞，抽吸及壓縮氣體的回轉容積泵，具有轉子與泵體無接觸、等溫壓縮等特點，特別適用抽吸和壓縮易燃易爆、含粉塵、水蒸汽的氣體，在石化、冶金、電力、輕工、食品等行業有著廣泛且不可代替的應用。液環真空泵的轉子（由葉輪和泵軸熱入組成）是泵傳遞扭矩的關鍵零件之一，其性能直接關系到泵是否能正常工作。傳統的設計和分析方法一般都是首先通過轉子傳遞的最大扭矩，計算出轉子的最小直徑；然后計算作用在轉子上的載荷，轉子不同斷面上的扭矩、軸向力和彎矩，利用解析法或圖解法確定轉子不同位置的支反力，最后利用傳統的計算公式進行強度校核，確定安全系數。如果安全系數小于許用安全系數，還要進行疲勞強度計算。此過程計算繁雜，計算量大，反復性強，而且可靠性差，很可能因為計算誤差，造成轉子強度不夠而引發軸裂、軸斷事故。因此，研究一種新的準確、快捷的強度分析方法迫在眉睫。本文采用ANSYS 軟件計算出轉子的位移、應力和應變，從而分析和校核液環泵轉子的力學性能。

1、液環真空泵轉子的結構尺寸和有限元模型

　　本文研究的是佛山水泵廠生產的一種常規單級、單作用，徑向吸、排氣類液環泵。轉子的結構尺寸如表1。

表1 液環泵轉子結構尺寸

　　考慮到靜力結構分析的目的和現有計算機硬件條件的限制，我們對轉子模型進行合理的簡化后，先對某一個葉片進行建模和分析，然后擴展到整個轉子。如圖1。

圖1 液環泵轉子模型

2、網格劃分和邊界條件設置

　　正確地選擇單元體和劃分網格是力學性能模擬分析的一個重要環節。根據大量的嘗試和比較，本文采用20 節點的三維單元體進行網格劃分。葉片的網格尺寸為20，軸的網格尺寸為30；單個葉片劃分完成后總節點數為13031 個，單元數為6884 個。如圖2。

圖2 液環泵轉子網格劃分

　　在整機中，液環泵轉子的長軸一端接電機，短軸一端接機械密封；長軸由一個圓柱滾子軸承承擔徑向載荷，短軸由兩個圓錐滾子軸承組合承擔徑向和軸向載荷。該泵的使用手冊規定：在實際使用中，轉速應在之間為宜，因此，本文分別選擇和進行分析和校核。

　　參考文獻^[1] 可知：液環泵內的流動過程復雜，因此液環泵轉子的受力情況也復雜。液環泵葉輪在旋轉一周中，各處受力情況完全不同，是一個呈周期變化的有規律的變力作用在每一個葉片上；并且由于液體對葉片的阻力，同一葉片的不同位置受力情況也不相同。但國內外資料均未對此進行嚴密的分析，只是定性的說明這部分阻力小忽略不計，從未定量分析，本文在此亦忽略^[2~5] 。由參考文獻[1]可知：葉片所受的最大壓差在吸氣區進入壓縮區，或壓縮區進入排氣區時的兩個過渡區域，當轉速為時，最大壓差為；轉速為時，最大壓差為，見表2。轉子邊界條件設置見圖3。

圖3 轉子邊界條件設置

　　轉子材料為QT450- 10，為鐵素體型球墨鑄鐵，它的特點是韌性和塑性較高且有一定的抗溫度急變性和耐蝕性^[6~7] 。其材料屬性和壓力加載見表2。

表2 轉子材料屬性和壓力加載

3、計算結果及其分析

　　條件屈服強度σ、抗拉強度σb 和變形δ 率是測定材料強度的三個常用性能指標。QT450- 10沒有明顯的屈服點，通常把其殘余塑性變形為0.2％時的應力值稱為條件屈服強度， 用表示σ0.2；其斷裂前所達到的最大應力值，稱強度極限，用表示σb；本文的變形率是最大變形量與葉輪半徑的百分比^[8~11] 。