大型离心压缩机叶轮动力分析方法研究

发布时间：2020-07-07 18:59

【摘要】： 叶轮是离心压缩机中的最关键旋转部件。在对其进行结构分析的过程中,单纯的由离心力导致的静应力分析已不能满足叶轮的可靠性要求,在产品设计阶段必须考虑流固交互作用及叶轮特有的动力学行为,这是保障叶轮安全可靠运行的核心内容。本课题利用CAD/CAE技术,选用相关的CAD及CAE软件,对大型离心压缩机叶轮进行的动力分析方法研究。 探讨了结构-流体协同计算的技术路线,介绍了SolidWorks、FLUENT和ANSYS在本研究中的应用。在叶轮结构线弹性计算中,引入自适应网格方法,讨论了网格划分方式对结构分析的影响,在结构计算中采用局部细化的网格划分方式代替自适应网格,得到具有较高精度的结果。 阐述了疲劳破坏的基本理论和应用于叶轮疲劳断裂分析的IIW疲劳设计规范,提出基于IIW疲劳设计规范的闭式叶轮疲劳分析方法。基于该方法分别对闭式叶轮在旋转失速和尾流激振这两种流体激振力作用下的结构响应进行数值分析,结果表明这两种流体激振力是造成叶轮叶片疲劳断裂的主要因素。 讨论了压缩机叶轮这种具有循环对称结构的振动特点,探讨了这种结构在周期性载荷的作用下可能发生破坏性共振的条件,利用循环对称的群论算法对某型叶轮进行模态分析,在此基础上通过控制作用在叶片上的流体激振力,求解在各种可能工况下叶片的振动响应,从而验证了压缩机叶轮可能发生破坏性共振的条件。提出了一种面向设计的谐响应分析方法,基于该方法在ANSYS平台上利用APDL二次开发技术开发了谐分析计算工具软件,应用该软件对叶轮进行尾流激振数值模拟,可以找到最危险工况。 本文对大型离心压缩机叶轮的可靠性设计提供必要的理论依据。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH452
【图文】：

2叶片导角处自由划分网格

需要提高网格质量。对应于自由划分网格，在叶片的导角处(理论上可能发生最大应力的区域)采用自适应网格划分，设定初始网格尺寸为20mln，网格尺寸比例变化范围0.5~1，能量收敛于3%以内停止迭代，结果如图4.3。显然，与自由划分网格相比，通过自适应网格划分，在同一位置我们得到了细化的，高质量的网格，为提高有限元计算的精度提供了良好的保障。图42叶片导角处自由划分网格 Fig.4.2Freemeshonvaneroot图4.3叶片导角处自适应划分网格 Fig.4.3Adaptivemeshonvaneroot4.4网格划分方式对结构应力的影响在利用结构有限元技术进行结构离散时，采用自适应网格划分技术无疑可以得到较为理想的网格，从而提高计算精度。但自适应网格划分往往需要消耗大量的机时，并且在后处理时，只能用人工的方法寻找计算结构热点应力的插值点。如果能够找到一种替代自适应网格划分方式的一种网格划分方法，既能够减少计算时间、迅速的找到计算结构热点应力的插值点，同时又不影响工程计算的精度，对于提高工作效率是十分有益的。根据结构热点的定义

在高应力区，即叶片前缘与盖盘和轴盘的连接处，进行自适应网格划分，得到自适应网格单元总数为221307，节点总数为356559，规定盖盘与叶片前缘连接处热点为热点1，轴盘与叶片前缘连接处热点为热点2，见图4.4::::一~，。入拍 拍一一”一缭 缭rrrii.:旧八.angyon\H，工e\H，几日_hi，ht、adaPtiv一\H月le_Hig挑_日.lf卜u工It“ --ttta叶轮I整体自适应网格 WholeadaPtivemeshofimPellerb热点l附近自适应网格c热点2附近自适应网格 bAdaPtivemesharoundhotsPotleAdaPtivemesharoundhotsPotZ图4.4叶轮I自适应网格 Fig.4.4AdaptivemeshofimPellerl

【引证文献】

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本文编号：2745490