离心压缩机半开式叶轮阻尼及动应力计算研究

发布时间：2017-04-14 13:02

  本文关键词：离心压缩机半开式叶轮阻尼及动应力计算研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：离心压缩机是冶金、化工、电力、石油等部门的重要动力设备,应用十分广泛。随着科学技术的发展,离心压缩机的性能也逐步提升。高性能不仅使得静载荷增大,还会导致离心压缩机的振动,甚至高周疲劳破坏。尤其是离心压缩机的叶轮,高周疲劳是其破坏的主要原因之一。叶轮的破坏不仅仅会对机组造成破坏,更会导致机组无法正常运行,维修以及停机所造成的损失是巨大的。叶轮是离心压缩机转子的核心部件。在机组正常运行中,叶轮通常承受包括离心力、气流力等复杂的载荷作用,载荷引起的动应力过高将会导致叶轮的高周疲劳破坏。因此,动应力计算是叶轮设计和破坏分析中的重要环节。准确计算结构动应力,需要同时考虑载荷以及结构的阻尼特性。本文针对某事故离心压缩机半开式叶轮,计算了该叶轮在气动载荷下的动应力。叶轮表面气动载荷由瞬态CFD(Computational Fluid Dynamics)计算获得,由FFT(Fast Fourier Transformation)变换得到的载荷频域结果表明,叶片表面承受多个不同频率激振力的影响。离心压缩机叶轮的阻尼主要包括材料阻尼和气动阻尼。本文基于实验获得的经验公式,研究了叶轮的材料阻尼比与动应力以及振幅的关系。气动阻尼方面,相关的实验数据比较有限,本文通过数值计算方法,得到了半开式离心叶轮不同振幅、不同模态以及不同工况下的气动阻尼比,分析了各因素对气动阻尼比的影响。以此为基础,考虑材料阻尼和气动阻尼,给出叶轮总阻尼的非线性模型。本文通过一种等效静力分析方法,利用单向流固壀合计算了不同入口气体温度下,叶轮在强迫振动以及共振下的动应力。结果表明,当质量流量一定、入口气体温度降低时,气体体积流量减小,机组偏离设计点运行,此时叶轮表面气动载荷的主要频率成分较设计点变化不大,而载荷幅值大幅增大,叶轮所受动应力水平也大幅提高。疲劳强度计算结果表明,在非设计工况下,叶轮前缘叶根处安全系数较低,容易发生疲劳破坏,该结果与实际叶轮疲劳破坏位置一致。
【关键词】：气动载荷 材料阻尼 气动阻尼 动应力
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH452
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-13
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.3 主要研究内容12-13
• 2 叶轮材料非线性阻尼的数值研究13-32
• 2.1 描述系统阻尼的参数之间的关系13-14
• 2.2 非线性材料阻尼计算14-31
• 2.2.1 非线性材料阻尼模型14-15
• 2.2.2 循环对称结构的有限元分析15-20
• 2.2.3 网格对有限元分析结果的影响20-24
• 2.2.4 离心压缩机半开式叶轮材料阻尼计算24-28
• 2.2.5 模态对叶轮材料阻尼的影响28-31
• 2.3 本章小结31-32
• 3 叶轮气动阻尼计算32-46
• 3.1 气动阻尼数值计算方法32-33
• 3.2 气动阻尼计算方法验证33-35
• 3.3 额定工况气动阻尼计算35-40
• 3.4 不同工况气动阻尼研究40-45
• 3.5 本章小结45-46
• 4 考虑材料及气动阻尼的动应力计算46-65
• 4.1 材料和气动非线性阻尼模型46-47
• 4.2 不同运行工况对叶轮叶片表面载荷的影响47-54
• 4.2.1 动静相互作用机理49-50
• 4.2.2 夏季工况叶片表面压力载荷频域分析50-52
• 4.2.3 冬季工况叶片表面压力载荷频域分析52-54
• 4.3 叶轮结构的非线性阻尼及动应力计算54-64
• 4.3.1 等效静力分析56-57
• 4.3.2 叶轮强迫振动计算57-60
• 4.3.3 叶轮共振计算60-64
• 4.4 本章小结64-65
• 5 叶轮的疲劳强度校核65-72
• 5.1 疲劳计算理论65-67
• 5.1.1 疲劳的定义及特征65-66
• 5.1.2 高周疲劳66
• 5.1.3 低周疲劳66-67
• 5.2 影响疲劳的因素67-69
• 5.3 某半开式离心叶轮的疲劳强度计算69-72
• 结论72-73
• 参考文献73-77
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况77-78
• 致谢78-79

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 廖海涛;王建军;李其汉;;随机失谐叶盘结构失谐特性分析[J];航空动力学报;2010年01期

2 王德俊;;常规疲劳强度设计中几个系数的确定[J];机械设计;1987年01期

3 文捷;王元丰;;钢筋混凝土悬臂梁材料阻尼值计算[J];土木工程学报;2008年02期

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本文编号：306026