大流量离心压缩机首级叶轮强度分析及结构改进设计研究
发布时间：2021-09-06 04:01
离心压缩机被广泛应用于石油、化工和冶金等领域。大型离心压缩机技术含量高,开发、制造难度大,是衡量一个国家重大装备制造业发展水平的标志性设备之一。压缩机的叶轮是它的核心部件,其运转的安全性对于整个机组的可靠性有着至关重要的影响。因此,对离心压缩机叶轮的强度计算的研究越来越受到重视,已经成为压缩机设计中的重要一环。本文针对大流量离心压缩机叶轮进出口相对宽度大,叶轮结构刚性差等结构特点,首先利用大型有限元分析软件ANSYS计算了国产某型号大型离心压缩机叶轮的动强度和静强度特性。针对计算中使用的一些简化条件,为了更准确分析叶轮中的应力,研究了叶片与轮盖接触边倒圆角结构对叶轮应力的影响以及叶轮前缘型式对叶轮最大应力的影响。计算结果表明,对叶片与轮盖接触边倒圆角和对叶片前缘修圆都能有效的缓解应力集中从而降低叶轮最大应力。通常叶轮的质心相对叶轮的支撑中心偏向轮盘侧。在研究不同轮盖形式和不同轮盘形式对叶轮强度影响时,发现改变叶轮轮盖和叶轮轮盘的结构型式,使叶轮的质心趋向叶轮的支撑中心时,叶轮的叶片中的应力会下降。以往在优化叶轮结构,降低叶轮的叶片应力研究中,大多是孤立的分析各种结构产生的应力值,而较少...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
叶轮原始三维实体模型
由于Solid92单元具有较高的精度，而且叶轮本身的造型比较复杂，故本文应用软件自动划分单元功能，设定单元大小20~，共得到196785个单元，341789个节点。原始叶轮的有限元模型如图3.2所示。 3.1.3加载约束表1给出了叶轮工作的相关参数。由于叶轮是红套在转轴上的，故在叶轮旋转时，在径向上除了装配应力并没有约束。因此将有限元模型置于全局柱坐标系下，约束轮盘轴孔的轴向位移UZ和切向位移U(在ANSYS中为UZ，UY)。加载离心惯性力，只需加全局绕转轴角速度必=418.6ra山S。这就相当于加了一个离心场，叶轮本身并没有转动。表3.1叶轮相关参数 Tab.3.lRelativePerformaneeParameteroftheimPeller叶轮材料FV520B许用应力1029MPa叶轮工作转速(rpm)4000角速度(rad/s) 418.6
罅髁坷胄难顾趸?准兑堵智慷确治黾敖峁垢慕?杓蒲芯? 3.1.4计算结果与分析图3.3是叶轮平均应力值云图和局部放大图。图6.3是叶轮初始设计的 VonMises等效应力云图，从图中可以看出，最大应力出现在叶片进口前缘与轮盖接触的部位(图中用红色圆圈表示)，最大应力值为934.1巧MPa，十分接近材料容许应力IO29MPa，处于危险状态，极易发生屈服破坏127】。下一部分研究叶轮在破坏转速下(1巧%)的应力情况。NJ拼止S(二兀刀T工aqS丁卫F匕1g仁旧二1T工卜E=1S毛戈六尸(八勺弋;)阶公互 =1.578S卜卫门=.555311g卜仪 =934.115图3.3原始叶轮 VonMiseS应力云图 F19.3.3TheinitialVonMisesstresscontouroftheinitialimPeller 3.1.5破坏转速下叶轮强度分析本文选取叶轮的破坏转速为设计转速的1巧%，即460Or/min，考察一下在这种运行状态下叶轮的应力情况。计算结果见图3.4。从图可以看出
【参考文献】：
期刊论文
[1]离心压缩机三元叶轮形状优化设计[J]. 刘万青,王跃方,张勇,杨树华. 风机技术. 2008(04)
[2]离心压气机叶片前缘几何形状对性能的影响[J]. 初雷哲,杜建一,黄典贵,赵晓路,徐建中. 工程热物理学报. 2008(05)
[3]连体膨胀压缩机叶轮应力及模态分析[J]. 杨阳,王益群,向小强,党凯,孙旭光. 流体传动与控制. 2008(02)
[4]离心压缩机研究现状及展望[J]. 花严红,袁卫星,王海. 风机技术. 2007(03)
[5]轴流压缩机首级叶片疲劳断裂的原因分析[J]. 谢进祥. 风机技术. 2007(02)
[6]离心式叶轮三维参数化形状优化设计方法[J]. 关振群,罗阳军,王学军,戴继双,赵红兵,亢战,顾元宪. 机械强度. 2006(06)
[7]离心叶轮的应力数值分析与结构优化[J]. 雒婧,席光,郭常青. 流体机械. 2004(11)
[8]离心压气机叶轮设计方法研究进展[J]. 杨策,马朝臣,王航,老大中. 内燃机工程. 2002(02)
[9]离心压缩机叶轮材料强度的确定原则[J]. 陈越峰. 流体机械. 1998(11)
[10]近十年来压缩机技术研究动向[J]. 刘卫华. 压缩机技术. 1998(04)
本文编号：3386705
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
叶轮原始三维实体模型
由于Solid92单元具有较高的精度，而且叶轮本身的造型比较复杂，故本文应用软件自动划分单元功能，设定单元大小20~，共得到196785个单元，341789个节点。原始叶轮的有限元模型如图3.2所示。 3.1.3加载约束表1给出了叶轮工作的相关参数。由于叶轮是红套在转轴上的，故在叶轮旋转时，在径向上除了装配应力并没有约束。因此将有限元模型置于全局柱坐标系下，约束轮盘轴孔的轴向位移UZ和切向位移U(在ANSYS中为UZ，UY)。加载离心惯性力，只需加全局绕转轴角速度必=418.6ra山S。这就相当于加了一个离心场，叶轮本身并没有转动。表3.1叶轮相关参数 Tab.3.lRelativePerformaneeParameteroftheimPeller叶轮材料FV520B许用应力1029MPa叶轮工作转速(rpm)4000角速度(rad/s) 418.6
罅髁坷胄难顾趸?准兑堵智慷确治黾敖峁垢慕?杓蒲芯? 3.1.4计算结果与分析图3.3是叶轮平均应力值云图和局部放大图。图6.3是叶轮初始设计的 VonMises等效应力云图，从图中可以看出，最大应力出现在叶片进口前缘与轮盖接触的部位(图中用红色圆圈表示)，最大应力值为934.1巧MPa，十分接近材料容许应力IO29MPa，处于危险状态，极易发生屈服破坏127】。下一部分研究叶轮在破坏转速下(1巧%)的应力情况。NJ拼止S(二兀刀T工aqS丁卫F匕1g仁旧二1T工卜E=1S毛戈六尸(八勺弋;)阶公互 =1.578S卜卫门=.555311g卜仪 =934.115图3.3原始叶轮 VonMiseS应力云图 F19.3.3TheinitialVonMisesstresscontouroftheinitialimPeller 3.1.5破坏转速下叶轮强度分析本文选取叶轮的破坏转速为设计转速的1巧%，即460Or/min，考察一下在这种运行状态下叶轮的应力情况。计算结果见图3.4。从图可以看出
【参考文献】：
期刊论文
[1]离心压缩机三元叶轮形状优化设计[J]. 刘万青,王跃方,张勇,杨树华. 风机技术. 2008(04)
[2]离心压气机叶片前缘几何形状对性能的影响[J]. 初雷哲,杜建一,黄典贵,赵晓路,徐建中. 工程热物理学报. 2008(05)
[3]连体膨胀压缩机叶轮应力及模态分析[J]. 杨阳,王益群,向小强,党凯,孙旭光. 流体传动与控制. 2008(02)
[4]离心压缩机研究现状及展望[J]. 花严红,袁卫星,王海. 风机技术. 2007(03)
[5]轴流压缩机首级叶片疲劳断裂的原因分析[J]. 谢进祥. 风机技术. 2007(02)
[6]离心式叶轮三维参数化形状优化设计方法[J]. 关振群,罗阳军,王学军,戴继双,赵红兵,亢战,顾元宪. 机械强度. 2006(06)
[7]离心叶轮的应力数值分析与结构优化[J]. 雒婧,席光,郭常青. 流体机械. 2004(11)
[8]离心压气机叶轮设计方法研究进展[J]. 杨策,马朝臣,王航,老大中. 内燃机工程. 2002(02)
[9]离心压缩机叶轮材料强度的确定原则[J]. 陈越峰. 流体机械. 1998(11)
[10]近十年来压缩机技术研究动向[J]. 刘卫华. 压缩机技术. 1998(04)
本文编号：3386705
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