大型离心压缩机叶轮疲劳分析

发布时间：2017-05-08 10:07

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【摘要】：大型离心压缩机是一种重要的工业装备,科技含量高、开发难度大、应用广泛,是国民经济发展所需的核心装备之一。叶轮是离心压缩机的核心部件,其可靠性对离心压缩机性能的稳定性有着重要的影响,研究叶轮的结构完整性及其疲劳问题,有着重要的工程应用价值。 本文阐述了结构完整性的基本概念以及叶轮结构完整性的故障树分析方法。探讨了叶轮疲劳失效分析方法。 利用叶轮非定常整体模型CFD计算结果,求出叶轮叶片表面静压；基于ANSYS软件模拟叶轮的超速预加载过程,探讨叶轮气动静压对叶轮静应力的影响,较为准确地预估叶轮工作中静应力大小及其分布。阐述了叶轮共振特点,深入探讨了叶轮尾流激振共振机理,并对尾流激振共振校核准则进行比较,利用SAFE图校核叶轮共振,指出可能发生共振的叶轮模态。 通过对整体叶轮冬季工况的非定常CFD计算结果进行快速傅里叶变换(FFT),研究叶轮气动载荷的频率、幅值、相位特性。发现叶轮在正常工况下气动载荷的频率主要为通过频率,通过频率载荷压力主要集中在叶轮入口处；通过频率载荷的相位分布很复杂,叶片的不同位置普遍存在相位差,但相邻叶片相位差相差为一定值,其大小与叶轮叶片个数以及前导叶个数有关。 阐述了叶轮动应力计算理论及其方法,对影响叶轮动应力的因素进行总结。通过对比叶轮尾流激振简化载荷模型与完全载荷模型对计算结果的影响,研究了气动载荷特性对叶轮动应力的影响。利用充分考虑相位差与载荷幅值分布的完全载荷模型和工程计算方法对叶轮进行动应力计算,得到叶轮的动应力大小及其分布。 通过对叶轮静应力与动应力计算结果进行组合,对冬季工况下工作的叶轮进行疲劳寿命预估,分析影响叶轮疲劳寿命的因素。
【关键词】：叶轮 疲劳失效 动应力 尾流激振 故障树
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH452;O346.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-10
• 1 绪论10-15
• 1.1 课题研究背景及意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-13
• 1.3 本文的主要工作13-15
• 2 叶轮失效的结构完整性分析15-24
• 2.1 结构完整性概述15-17
• 2.1.1 结构完整性基本概念15-16
• 2.1.2 结构完整性工程分析方法16-17
• 2.2 叶轮失效故障树分析方法17-20
• 2.3 叶轮疲劳预估方法20-24
• 2.3.1 叶轮静应力计算方法21-22
• 2.3.2 叶轮动应力计算方法22
• 2.3.3 疲劳计算方法22-24
• 3 叶轮静应力计算24-30
• 3.1 叶轮几何及有限元模型24-25
• 3.2 叶轮静应力分析过程25-26
• 3.3 叶轮静应力计算结果26-30
• 3.3.1 叶片表面气动压力26-27
• 3.3.2 叶轮静力计算结果27-29
• 3.3.3 气动压力对叶轮静应力的影响29-30
• 4 叶轮尾流激振下共振校核30-39
• 4.1 叶轮导叶尾迹干涉30-34
• 4.1.1 叶轮尾流激振30-33
• 4.1.2 叶轮尾流激振共振频率及节径分析33-34
• 4.2 叶轮尾流激振下共振校核方法34-35
• 4.2.1 谐调叶轮振动特点34
• 4.2.2 叶轮共振判断准则34-35
• 4.3 某离心压缩机叶轮共振校核35-39
• 4.3.1 叶轮模态分析理论35-36
• 4.3.2 叶轮共振校核36-39
• 5 叶轮动应力计算39-58
• 5.1 叶轮气动载荷特性分析39-48
• 5.1.1 叶轮气动载荷频率特性39-44
• 5.1.2 叶轮通过频率气动压力分布特性44-46
• 5.1.3 叶轮气动载荷周向分布特性46-48
• 5.2 叶轮动应力计算理论48-49
• 5.3 气动载荷特性对叶轮动应力的影响49-53
• 5.4 叶轮动应力预估53-58
• 5.4.1 完全载荷模型动应力计算54-56
• 5.4.2 工程方法动应力计算56-58
• 6 叶轮疲劳分析58-77
• 6.1 疲劳概述58-61
• 6.2 影响疲劳寿命的因素61-65
• 6.2.1 平均应力的影响61-62
• 6.2.2 载荷形式的影响62
• 6.2.3 结构尺寸影响62-63
• 6.2.4 表面光洁度的影响63
• 6.2.5 表面处理及温度、环境的影响63-65
• 6.3 疲劳破坏准则65-66
• 6.3.1 Plamgren-Miner线性累积损伤理论65
• 6.3.2 Marco-Starkey破坏理论65-66
• 6.3.3 Corten-Dolan破坏理论66
• 6.3.4 小结66
• 6.4 叶轮疲劳寿命预估66-72
• 6.4.1 叶轮材料疲劳属性66-67
• 6.4.2 叶轮疲劳载荷67-69
• 6.4.3 叶轮疲劳计算及讨论69-71
• 6.4.4 小结71-72
• 6.5 不同工况对叶轮疲劳寿命的影响72-77
• 6.5.1 超速预加载对叶轮疲劳寿命的影响72-73
• 6.5.2 压缩机起停对叶轮疲劳寿命的影响73-75
• 6.5.3 转速波动对叶轮疲劳寿命的影响75-77
• 结论与展望77-79
• 总结77
• 展望77-79
• 参考文献79-82
• 附录1 气动载荷处理程序(Matlab语言)82-85
• 附录2 叶轮结构计算命令流85-93
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况93-94
• 致谢94-95

【参考文献】

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本文编号：350928