大型离心压缩机叶轮可靠性研究

论文摘要

叶轮是离心压缩机高速转子的核心部件,它的结构、工作状态和工作环境十分复杂。叶轮的可靠性直接影响到整个压缩机组的正常运转,甚至影响到整个机组的安全,可以说叶轮的可靠性基本上代表了大型离心压缩机的可靠性。随着离心压缩机向大型、高速、高压比等方向发展,对叶轮的要求也越来越高,叶轮的可靠性问题是阻碍我国大型离心压缩机发展的关键问题。因此,研究和分析叶轮的可靠性己经成为迫切需要的问题。本文首先基于ANSYS软件对叶轮进行受力分析以及数值模拟,从而为叶轮的优化提出了合理的建议。利用ANSYS软件对叶轮模型进行了在正常加载和超速预过载两种加载历史情况下的力学计算分析,分析了叶轮在超速预过载下的Von Mises应力和等效塑性应变分布变化情况,并且与正常加载做了对比,较好的展现了超速预过载工艺的力学机理。通过计算发现无论是否有超速预加载历史的叶轮,在正常工作状态时的最大Von Mises应力变化不大,但是过载后的等效塑性应变远大于无过载,自增强的效果很明显。然后,讨论了叶轮和主轴之间的装配过盈量和叶轮及轴的弹性模量对装配性能和可靠度的影响,得出了过盈量与叶轮静强度可靠度和不滑移可靠度、弹性模量与叶轮静强度可靠度和不滑移可靠度的关系曲线。研究表明,静强度可靠度随着过盈量的增加而减小,而不滑移可靠度随着过盈量的增加而增大,也就是说,轮盘上的应力和过盈装配产生的摩擦扭矩随着弹性模量的增加而增大。叶轮的弹性模量相对影响较大。在工程常用过盈量0.2mm和0.3mm时,弹性模量对静强度的影响不明显,在较大的工作扭矩时,不滑移可靠度随着弹性模量的增加而增大,仍然是叶轮的弹性模量相对影响较大。在实际的工程中,可根据本身的需要来选取合适的装配过盈量和弹性模量,在满足两种可靠度要求的前提下做到经济实惠。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 离心压缩机叶轮概述
• 1.2.1 压缩机及其叶轮简介
• 1.2.2 国内外发展状况和研究趋势
• 1.3 可靠性理论在叶轮中的应用
• 1.4 本文的主要研究内容
• 2 结构可靠性理论及计算方法
• 2.1 可靠性概述
• 2.1.1 可靠性的基本概念
• 2.1.2 可靠性的重要性
• 2.1.3 国内外可靠性发展状况
• 2.1.4 可靠性的特点
• 2.1.5 可靠性因素
• 2.2 可靠性计算方法
• 2.2.1 概率基础
• 2.2.2 蒙特卡洛模拟法
• 2.2.3 干涉理论及可靠度计算的一般公式
• 2.2.4 一次二阶矩法
• 2.2.5 随机有限元法
• 2.2.6 响应面法
• 2.3 本章小结
• 3 压缩机叶轮叶片受力分析
• 3.1 基本理论和分析工具
• 3.1.1 ANSYS 结构分析简介
• 3.1.2 弹塑性分析
• 3.1.3 接触分析
• 3.1.4 周期对称结构的静力分析
• 3.2 几何造型的网格划分
• 3.2.1 计算模型自由划分网格（Free Mesh）
• 3.2.2 自适应网格重划分
• 3.3 叶轮叶片受力分析
• 3.3.1 正常加载下的受力分析
• 3.3.2 超速预过载下的受力分析
• 3.4 本章小结
• 4 叶轮静力可靠性分析
• 4.1 分析模型的创建
• 4.2 装配过盈量对可靠度的影响
• 4.2.1 过盈量对叶轮叶片应力的影响
• 4.2.2 可靠度的计算
• 4.3 弹性模量变化对可靠度的影响
• 4.3.1 弹性模量
• 4.3.2 可靠度的计算
• 4.4 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 本文的主要结论
• 5.2 后继工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢