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《浙江大学》 2006年
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大型透平膨胀机转子动力学分析及叶轮强度分析

李祖辉  
【摘要】:本文以杭州市科技发展规划项目《大型透平膨胀机组的设计、优化与制造》为依托,研究目前国内自行设计制造的最大透平膨胀机(50000m~3/h(氧))的转子动力学特性,进行膨胀轮和增压轮的叶轮强度有限元分析,藉此探索一条适合我们的大型透平膨胀机的设计分析之路,以提高设计效率,增加产品的可靠性,为今后更大规模的设计奠定基础。 针对某大型透平膨胀机主轴的结构特点,本文首次提出三棱轴段的单元运动方程;并基于有限元法,用MATLAB软件开发了专门的转子动力学计算软件。该软件综合考虑了叶轮的陀螺力矩与转动惯量、主轴的转动惯量和滑动轴承的油膜刚度与阻尼等因素,且适用于刚性支承和弹性支承这两种不同的支承方式。同时,所需转子参数均从软件外部文档输入,极大地方便转子结构的优化与再设计。经算例验证,软件计算的临界转速与不平衡响应值与理论计算值非常接近,这表明该软件具有极高的计算精度。应用于某大型透平膨胀机的转子动力学计算中取得了较理想的结果,软件计算的转子临界转速很接近国外的经验临界转速,这表明该软件可用于解决工程实际问题,对转子动力学的研究有一定的参考价值。 本文分析了过盈配合、温度差与旋转离心力三者共同作用下的叶轮强度,考虑叶轮与主轴是温差法过盈装配,利用温度的变化处理过盈配合;考虑叶轮工作时进出口温差比较大,记入了温差引起的热应力。有限元分析结果表明,考虑过盈配合和温差应力后,膨胀轮的最大应力在轮盘与主轴配合的圆周表面,且比只考虑离心力作用时的最大应力值大的多;增压轮的最大应力也比只考虑离心力作用时的最大应力值大,同时分析结果还为确定合适的过盈量提供了工程设计依据。 利用温度变化处理过盈配合,通过计算在进出口温度下的温度场分布后计算温差应力,这种分析方法对其他需要考虑装配应力和温差应力的结构强度分析有一定的借鉴意义。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TK14

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【引证文献】
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【参考文献】
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【同被引文献】
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