离心压缩机叶轮断裂失效分析

发布时间：2017-09-03 10:20

  本文关键词：离心压缩机叶轮断裂失效分析

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【摘要】：叶轮是离心压缩机中最重要的旋转部件,高速旋转的叶轮若发生断裂则极易引起连锁的严重后果。本文重点研究离心压缩机叶轮叶片断裂失效分析方法,通过完整的失效分析揭示叶片断裂失效的机制与发生条件,为离心压缩机叶轮设计与优化、运行工况监测、故障诊断提供参考。主要研究内容包括：1、通过叶片表面和断口的宏观和微观检测得到了叶片的表面质量、断口位置、裂纹源位置、断口形貌和裂纹扩展情况。分析表明：断口均呈现高周疲劳断裂特征；裂纹起源于叶片前缘根部的缺陷损伤处。通过测量获得叶片初始缺陷尺寸,为进一步分析提供数据。2、基于裂纹疲劳扩展分析技术探索叶片缺陷疲劳扩展发生条件。将含缺陷叶片抽象为二维裂纹分析模型,初始缺陷定义为平面角裂纹；通过应力计算分析工作载荷的影响,提取裂纹面上的静／动应力并施加至简化模型；采用裂纹扩展分析技术模拟叶片裂纹疲劳扩展行为,讨论相关参数的影响。3、检测与计算结果对比研究表明：(1)该叶轮的失效形式为高周疲劳下的断裂失效,裂纹扩展行为模拟结果与实际叶片破坏情况基本一致；(2)初始缺陷的尺寸、形状以及动应力水平对叶片的裂纹尺寸阈值和循环次数都有很大的影响；(3)叶片的失效机理为：叶片前缘表面粗糙,前缘根部存在较多微小缺陷；危险工况时气动交变压力在叶片前缘根部激起了较大的动应力；在该动应力作用下,尺寸超过裂纹尺寸阈值的裂纹(缺陷)开始不断疲劳扩展,最终叶片断裂脱落。本文提供了离心压缩机叶轮断裂失效分析的一整套方法,具有工程参考价值。
【关键词】：叶轮 断裂失效 裂纹扩展分析 裂纹尺寸阈值 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】：2016
【分类号】：TH452
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 课题的研究背景及意义9-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.3 断裂力学分析软件简介13-14
• 1.4 本文的主要工作14-16
• 2 叶轮失效分析方法16-37
• 2.1 失效的定义和危害16-17
• 2.2 失效形式及影响因素17-21
• 2.2.1 失效形式17-19
• 2.2.2 失效的基本影响因素19-21
• 2.3 叶轮失效分析的思路21
• 2.4 失效分析常规测试技术21-28
• 2.4.1 化学成分分析21-23
• 2.4.2 力学性能测试23
• 2.4.3 金相检测23
• 2.4.4 断口分析23-28
• 2.5 裂纹扩展分析技术的理论与应用28-37
• 2.5.1 结构裂纹的分类28-29
• 2.5.2 疲劳裂纹扩展分析理论29-37
• 3 叶轮检测分析37-54
• 3.1 叶轮失效概况38-39
• 3.2 叶片裂纹几何参数及叶片表面质量检测39-42
• 3.2.1 裂纹几何参数39-41
• 3.2.2 叶片表面质量41-42
• 3.3 叶片断口分析42-50
• 3.3.1 位置1处叶片的断口形貌43-46
• 3.3.2 位置2处叶片的断口形貌46-49
• 3.3.3 位置3处叶片的形貌49-50
• 3.4 叶片成分与硬度检测50
• 3.5 金相检测与显微组织观察50-52
• 3.6 小结52-54
• 4 应力分析54-57
• 4.1 计算模型54-55
• 4.2 静应力计算55-56
• 4.3 动应力计算56
• 4.4 小结56-57
• 5 叶轮裂纹扩展分析57-65
• 5.1 输入汇总57
• 5.2 裂纹扩展计算结果(a/c=1)57-59
• 5.3 参数讨论59-63
• 5.3.1 缺陷尺寸和形状的影响59-61
• 5.3.2 工作应力的影响61-63
• 5.4 检测与计算结果对比63-64
• 5.5 小结64-65
• 结论65-66
• 参考文献66-69
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况69-70
• 致谢70-71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 王跃方;郭婷;孙兴华;;考虑气流激振效应的离心式压缩机叶轮强度分析[J];风机技术;2013年05期

2 秦国良;;大型透平压缩机技术发展现状及趋势[J];通用机械;2012年10期

3 吴宇飞;王跃方;孙兴华;;径向基函数插值在叶轮流固耦合分析中的应用[J];风机技术;2012年03期

4 关振群;王鄢;杨树华;刘万青;刘亚丽;王斌;张长海;周芒;张昭;;大型离心压缩机闭式叶轮动力特性分析[J];大连理工大学学报;2012年03期

5 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

6 张亦良;朱蕴卿;张振海;;鼓风机叶轮快速断裂的检测及失效分析[J];安全与环境学报;2007年01期

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 刁浩峰;基于XFEM的裂纹扩展分析[D];浙江理工大学;2014年

2 郭建贵;涡轮增压器叶轮断裂失效分析及有限元数值计算[D];大连海事大学;2012年

3 张长海;失谐叶轮动力特性分析方法研究[D];大连理工大学;2010年

4 张松梅;石化行业几种离心式压缩机故障诊断的应用[D];大连理工大学;2006年

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本文编号：784426