大型離心式壓縮機(jī)葉輪靜動(dòng)載荷的分析與研究.pdf

1、隨著工業(yè)化的不斷加強(qiáng)，人類社會(huì)對(duì)氧氣、氮?dú)夂蜌鍤獾裙I(yè)氣體的需求迅速增加，導(dǎo)致了空氣分離裝備的不斷大型化。而大型離心空氣壓縮機(jī)是大型空分氣離裝備的核心設(shè)備，其性能的好壞對(duì)整個(gè)空分裝備的安全可靠運(yùn)行都至關(guān)重要。葉輪是離心壓縮機(jī)的關(guān)鍵部件，葉輪承受的載荷主要包括旋轉(zhuǎn)離心力、軸系振動(dòng)力和氣動(dòng)力。離心力會(huì)使葉片產(chǎn)生較大的靜應(yīng)力，氣動(dòng)力及軸系振動(dòng)力將引起葉輪葉片的振動(dòng)，從而使葉片產(chǎn)生較大的交變應(yīng)力，導(dǎo)致葉輪葉片的疲勞破壞。因此，葉片靜動(dòng)態(tài)載荷的確

2、定成為葉輪設(shè)計(jì)的關(guān)健問題之一。
　　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CFD數(shù)值模擬技術(shù)研究了離心壓縮機(jī)葉輪的靜動(dòng)態(tài)載荷?；趩蜗蛄鞴恬詈戏椒ǚ治隽藟嚎s機(jī)工作過程中的氣動(dòng)載荷及離心載荷對(duì)葉輪模態(tài)參數(shù)的影響，以及空氣入口參數(shù)對(duì)葉輪氣動(dòng)載荷的影響;并利用非定常流動(dòng)理論，研究了葉片氣動(dòng)載荷的瞬態(tài)特性。具體完成如下幾個(gè)內(nèi)容。
　　(1)利用CFX軟件對(duì)葉輪內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行求解，并將計(jì)算的結(jié)果施加在葉輪

3、表面，利用預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析法，研究了離心力和氣動(dòng)載荷對(duì)葉輪模態(tài)參數(shù)的影響規(guī)律。結(jié)果表明，隨著階數(shù)的升高，預(yù)應(yīng)力對(duì)模態(tài)頻率的影響變大，其中氣動(dòng)載荷的影響較小。
　　(2)通過調(diào)整理想氣體與理想水蒸氣的比例及改變進(jìn)氣溫度，研究了空氣相對(duì)濕度及進(jìn)氣溫度對(duì)葉輪表面氣動(dòng)載荷的影響規(guī)律。分析結(jié)果表明，葉輪表面氣動(dòng)載荷隨相對(duì)濕度的升高而增大，相對(duì)濕度每升高10％，氣動(dòng)載荷增大200Pa左右;葉輪表面氣動(dòng)載荷隨溫度的升高而升高，溫度每升高10℃，氣

4、動(dòng)載荷增大2000Pa左右。
　　(3)對(duì)葉輪內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行了非定常計(jì)算，得到了在靜止導(dǎo)葉下葉輪表面氣動(dòng)載荷隨時(shí)間的變化規(guī)律，分析了導(dǎo)葉與葉輪之前的非定常干涉機(jī)理;分析了非諧設(shè)計(jì)導(dǎo)葉對(duì)葉輪內(nèi)部非定常流動(dòng)影響，揭示了非諧設(shè)計(jì)導(dǎo)葉對(duì)葉輪表面氣動(dòng)載荷的影響規(guī)律;結(jié)果表明，氣體激振頻率與導(dǎo)葉個(gè)數(shù)和葉輪轉(zhuǎn)速有關(guān)而與進(jìn)氣溫度無關(guān);非諧設(shè)計(jì)導(dǎo)葉可以降低氣體的激振頻率，進(jìn)而使頻率等于導(dǎo)葉個(gè)數(shù)與轉(zhuǎn)速乘積的激勵(lì)載荷的幅值減小，但同時(shí)使氣體低階激勵(lì)載荷的