大流量离心压缩机首级叶轮强度分析及结构改进设计研究

摘要

离心压缩机被广泛应用于石油、化工和冶金等领域。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。压缩机的叶轮是它的核心部件，其运转的安全性对于整个机组的可靠性有着至关重要的影响。因此，对离心压缩机叶轮的强度计算的研究越来越受到重视，已经成为压缩机设计中的重要一环。 本文针对大流量离心压缩机叶轮进出口相对宽度大，叶轮结构刚性差等结构特点，首先利用大型有限元分析软件ANSYS计算了国产某型号大型离心压缩机叶轮的动强度和静强度特性。针对计算中使用的一些简化条件，为了更准确分析叶轮中的应力，研究了叶片与轮盖接触边倒圆角结构对叶轮应力的影响以及叶轮前缘型式对叶轮最大应力的影响。计算结果表明，对叶片与轮盖接触边倒圆角和对叶片前缘修圆都能有效的缓解应力集中从而降低叶轮最大应力。 通常叶轮的质心相对叶轮的支撑中心偏向轮盘侧。在研究不同轮盖形式和不同轮盘形式对叶轮强度影响时，发现改变叶轮轮盖和叶轮轮盘的结构型式，使叶轮的质心趋向叶轮的支撑中心时，叶轮的叶片中的应力会下降。以往在优化叶轮结构，降低叶轮的叶片应力研究中，大多是孤立的分析各种结构产生的应力值.而较少研究应力改变的原因。本文的研究结果对于优化叶轮型式，提高叶轮强度具有一定的指导意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪 论

1.1本课题研究的背景及课题的意义

1.2国内外研究概况

1.3有限元法方法及其应用

1.4 ANSYS软件简介

1.5本文的主要工作

2有限元方法及屈服准则

2.1有限元方法概述

2.1.1有限元法的求解步骤

2.1.2解的精确性分析

2.2力学基本方程和能量原理

2.3屈服准则

2.3.1Tresca屈服准则(最大剪应力)

2.3.2Mises屈服条件(畸变能条件)

3国产某型叶轮强度分析

3.1原始叶轮静强度分析

3.1.1叶轮三维模型的建立

3.1.2有限元模型的建立及网格的划分

3.1.3加载约束

3.1.4计算结果与分析

3.1.5破坏转速下叶轮强度分析

3.2原始叶轮和叶片模态分析

3.2.1压缩机叶片模态分析

3.2.2压缩机叶轮模态分析

3.3本章小结

4叶片型式对叶轮应力情况影响

4.1叶片倒圆角对叶轮应力影响

4.2叶片前缘修圆对叶轮应力影响

4.4本章小结

5轮盘形式对叶轮强度的影响

5.1轮盘导力锥对叶轮应力的影响

5.2轮盘支撑部分结构对叶轮应力影响

5.3本章小结

6轮盖结构对叶轮应力的影响

6.1改变轮盖前后端质量配比对叶轮应力影响

6.2加长轮盖对叶轮应力影响

6.3本章小结

7全文总结与展望

7.1全文总结

7.2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