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《大连理工大学》 2010年
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大型离心压缩机叶轮的全寿命力学响应分析

何伟全  
【摘要】: 离心压缩机作为冶金、建材、电力、石油、化工、环境工程等工业部门的重要设备,应用非常广泛,在国民经济诸多领域中占有举足轻重的地位。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。 叶轮是离心压缩机高速转子的核心部件,工作中主要承受离心力、气动力、激振力、外物冲击等循环交变载荷与动载荷作用,其强度、刚度和疲劳断裂性能一直是设计师关注的主要技术问题。过去沈阳鼓风机集团以各种方式开展了许多叶轮的强度和疲劳分析计算,积累了许多单元技术,并形成了一些指导性的计算方法。本文把这些独立的单元项目由始至终串联起来,进一步搞清叶轮在全寿命过程中强度和刚度的变化,更准确地判断叶轮的安全性和可靠性。主要工作包括: (1)使用有限元接触算法对叶轮和转轴进行了过盈装配接触分析,接触挤压使叶轮内部产生了残余应力,在此基础上进行了超速预加载数值模拟,分析了叶轮的vonMises应力、等效塑性应变和配合区的接触状态、接触紧密程度随时演化过程。通过与正常加载情况作对比,有超速预加载历史的叶轮的von Mises应力最大值降低了22.7%,而且叶轮和转轴的接触紧密程度有很大提高,使得松动转速有所提高。 (2)分析了旋转失速发生时叶轮在瞬态压力载荷作用下的应力、变形情况以及危险点处的应力极值、应力幅值和平均应力,说明旋转失速是叶轮发生疲劳破坏的根本原因,随后以此为条件进行了疲劳数值分析,结果表明叶轮具有无限疲劳寿命。 (3)对传统分析方法与全寿命分析方法进行比较,发现两种分析方法的结果完全不同,表明传统分析方法并没有模拟叶轮的真实工况,其计算结果必然会偏离真实值,而全寿命分析方法计算了真实模型在真实载荷作用下的结果,以此评定叶轮的强度、刚度和疲劳寿命等问题更加真实可信。
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