壓縮機(jī)多級(jí)葉輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的靜動(dòng)強(qiáng)度及氣動(dòng)載荷研究.pdf

1、轉(zhuǎn)子系統(tǒng)是離心壓縮機(jī)的核心部件，其性能的好壞對(duì)整個(gè)壓縮機(jī)安全可靠運(yùn)行至關(guān)重要。離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的強(qiáng)度校核和可靠性計(jì)算越來越受到重視，已經(jīng)成為壓縮機(jī)設(shè)計(jì)中的重要一環(huán)。但傳統(tǒng)上，研究人員只注重轉(zhuǎn)子系統(tǒng)離心載荷的計(jì)算，對(duì)氣動(dòng)載荷的重視程度明顯不足。隨著化工行業(yè)的快速發(fā)展，離心壓縮機(jī)進(jìn)口流量不斷增大，氣動(dòng)激振力對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的影響也越來越大，其對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)強(qiáng)度的削弱作用日趨明顯。因此，在對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的過程中，單純的由離心力導(dǎo)致的靜應(yīng)力分析

2、已不能滿足可靠性要求。
　　本文依托973課題的研究背景，以制氧系統(tǒng)中的離心壓縮機(jī)為研究對(duì)象，借助有限元方法和CFD數(shù)值模擬技術(shù)研究離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)性能，分析了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的關(guān)鍵零件的靜強(qiáng)度和動(dòng)強(qiáng)度，計(jì)算出轉(zhuǎn)子系統(tǒng)葉輪內(nèi)部氣體的流動(dòng)規(guī)律，近而分析出壓縮機(jī)工作過程中的氣動(dòng)載荷對(duì)系統(tǒng)的影響。主要完成如下幾個(gè)研究?jī)?nèi)容。
　　(1)利用大型有限元分析軟件ANSYS分別對(duì)半開式和閉式離心壓縮機(jī)計(jì)算，得出了葉片的前六階固有頻率。分別對(duì)葉輪

3、和葉片的靜強(qiáng)度和動(dòng)強(qiáng)度特性進(jìn)行了分析。通過分析發(fā)現(xiàn):在給定模型中，無論是半開式離心壓縮機(jī)葉輪，還是閉式離心壓縮機(jī)葉輪，其葉片的動(dòng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)比較合理，可靠性很高。而葉輪由于自振頻率比較低，容易與高頻激振力發(fā)生倍頻共振，因此，建議修改導(dǎo)葉個(gè)數(shù)改變激振力頻率或者通過其他措施改變?nèi)~輪的固有頻率，使高頻激振力頻率與葉輪固有頻率的倍頻滿足15％的避開率，以免葉輪出現(xiàn)倍頻共振，發(fā)生屈服性破壞。
　　(2)通過CFD軟件分別對(duì)半開式、閉式葉輪流場(chǎng)進(jìn)

4、行模擬計(jì)算與性能預(yù)測(cè)，分別計(jì)算出半開式、閉式葉輪和葉片不同工作情況下的受力、變形及流場(chǎng)分布情況，為后續(xù)計(jì)算和分析整個(gè)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)氣動(dòng)載荷做必要準(zhǔn)備。分別討論了葉片只受氣動(dòng)載荷、只受離心力載荷、同時(shí)受氣動(dòng)載荷和離心力載荷三種載荷情況。計(jì)算結(jié)果表明:葉片的應(yīng)力分布和總體變形趨勢(shì)在三種情況下是相似的;半開式葉輪流場(chǎng)的最大氣流速度出現(xiàn)在流場(chǎng)入口處和出口處，而非中間部位，整體上呈現(xiàn)從入口到出口逐漸增大趨勢(shì)，并且流場(chǎng)平均速度隨著氣體質(zhì)量流速率的增大而增

5、大。對(duì)于閉式葉輪，在葉輪轉(zhuǎn)速不變的情況下，增加氣體質(zhì)量流率，葉輪內(nèi)部流場(chǎng)邊界壓力隨之增加;葉輪氣體質(zhì)量流率不變，增大葉輪轉(zhuǎn)速，葉輪內(nèi)部流場(chǎng)邊界壓力基本不變;另外，流場(chǎng)邊界壓力呈現(xiàn)由入口向出口逐漸增大的規(guī)律。
　　(3)對(duì)離心壓縮機(jī)的低壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)主軸進(jìn)行了模態(tài)分析，計(jì)算了前六階固有頻率;對(duì)整個(gè)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不同工作情況下的氣動(dòng)載荷進(jìn)行仿真分析，計(jì)算出轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在不同氣動(dòng)載荷作用下受力和變形情況，分析了氣動(dòng)載荷對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的影響。通過分析發(fā)現(xiàn):