大型压缩机主轴弯曲变形机理分析及参数优化设计

发布时间：2020-05-17 20:10

【摘要】：离心压缩机是一种在诸多工业领域广泛使用的大型机械设备,是国家基础工业的关键装备,其转子系统的设计、制造和装配水平对整个压缩机的性能具有十分重要的影响。由于需要传递足够大的扭矩,转子系统中的主轴与叶轮往往采用温差法进行过盈装配,但遗憾的是过盈装配后的主轴可能产生不同程度的弯曲变形,特别是近年来随着压缩机朝着大型化趋势的不断发展,装配后主轴的弯曲变形问题变得日益严重。一旦主轴弯曲变形超标,将会导致主轴在实际运行过程中出现振动超标、噪声过大、碰磨等一系列不良后果,因此研究主轴的弯曲变形机理并寻求减小主轴弯曲变形的措施是企业目前极为关心的问题。主轴实际装配过程是在大型厂房内进行的,周围并无环境隔离装置,而且为了加快降温速度,往往会利用风扇加快空气对流,所以主轴和叶轮沿圆周方向存在不均匀降温。通过计算单叶轮装配发现不均匀降温是导致主轴发生弯曲变形的一个重要原因,降温越不均匀,主轴弯曲变形越大。另外通过力学分析发现,过盈面间的接触压力可以促进弯曲变形的恢复,但摩擦力的存在却阻碍了弯曲变形的完全恢复。由于摩擦力、接触压力都与过盈量有关,所以过盈量和摩擦系数对主轴的弯曲变形具有耦合影响。计算表明,当摩擦系数为0时,主轴的弯曲变形很小,但会表现出随过盈量增加而单调减小趋势,当摩擦系数不为0时,主轴弯曲变形随着过盈量的增加先增加后减小。通过计算双叶轮装配发现当两叶轮降温方式相同时两叶轮产生的弯曲变形会发生叠加,装配时间间隔对主轴弯曲变形无明显影响,而两叶轮的不同降温方式对主轴弯曲变形影响较大。通过建立具有典型形状误差的主轴与叶轮装配模型,并与无误差的装配模型进行对比分析,发现形状误差不仅会对过盈面间的应力分布和摩擦扭矩有较大的影响,而且还会导致装配后的主轴发生不同程度的弯曲变形,同时形状误差和降温不均对主轴弯曲变形具有耦合影响。最后,为了减小由降温不均和形状误差导致的主轴弯曲变形,本文提出了缩短叶轮盘底与主轴接触长度和在叶轮盘底增加沟槽设计两种优化设计方案,通过计算发现两种优化方案对降温不均导致的主轴弯曲变形均有很好的效果,但对形状误差导致的弯曲变形改善作用不大。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH452

【参考文献】

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本文编号：2669112