大型離心壓縮機(jī)主軸熱裝彎曲機(jī)理研究.pdf

1、碩士學(xué)位論文大型離心壓縮機(jī)主軸熱裝彎曲機(jī)理研究ResearchontheMainShaftBendingMechanicsinShrinkfitofaLargeScaleCentrifugalCompressor學(xué)21003018大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要大型離心式壓縮機(jī)是一種重要的能量轉(zhuǎn)換裝置，具有排氣量大、效率高以及正常工況下運(yùn)行平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于石油、化工、

2、冶金、動(dòng)力、制冷等國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)行業(yè)。然而，近三十年來，國內(nèi)某大型離心壓縮機(jī)生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)常遇到壓縮機(jī)主軸與葉輪熱裝過程中發(fā)生彎曲的事故。主軸一旦發(fā)生彎曲，輕者需要返工修復(fù)，重者完全報(bào)廢，成為嚴(yán)重影響企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益的難題。近年來隨著壓縮機(jī)尺寸的不斷擴(kuò)大，上述問題日趨嚴(yán)重。目前國內(nèi)外有關(guān)離心式壓縮機(jī)的研究工作大多集中在壓縮結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、葉片形狀優(yōu)化、流道設(shè)計(jì)、喘振分析以及可靠性設(shè)計(jì)等方面，很少涉及壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子裝配過程中的相關(guān)工藝力學(xué)問題。因

3、此，本文以大規(guī)模有限元數(shù)值分析為主，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和相關(guān)實(shí)驗(yàn)分析，研究了大型離心式壓縮機(jī)主軸與葉輪在熱裝過程中發(fā)生彎曲變形的主要因素及其規(guī)律，相關(guān)結(jié)論為改進(jìn)主軸與葉輪裝配工藝提供了指導(dǎo)。本文首先基于企業(yè)提供的實(shí)體模型，建立了相應(yīng)的有限元計(jì)算模型，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)果，模型考慮了裝配體自重、輪盤與臺(tái)面放置方式等細(xì)節(jié)，從而最大可能地模擬真實(shí)裝配狀態(tài)。利用該模型，本文模擬了熱裝配過程中降溫不均勻、摩擦系數(shù)變化、過盈量以及軸向接觸長(zhǎng)度等參數(shù)對(duì)主軸彎曲

4、變形的影響，然后通過實(shí)驗(yàn)考察了表面粗糙度及法向壓力對(duì)葉輪與主軸材料摩擦系數(shù)的影響。研究表明：(1)熱裝配過程中的降溫不均勻是導(dǎo)致主軸彎曲的主要因素，改善溫度環(huán)境將有利于減小主軸彎曲程度或防止主軸彎曲現(xiàn)象的發(fā)生，但降溫不均導(dǎo)致的主軸彎曲變形隨降溫時(shí)間的增加呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，最終殘余彎曲變形(裝配體完全降至室溫時(shí)的彎曲變形)的大小不僅與降溫不均勻程度有關(guān)，而且與摩擦系數(shù)和配合過盈量等參數(shù)有關(guān)；(2)摩擦系數(shù)與過盈量對(duì)主軸最終殘余變形影

5、響復(fù)雜，當(dāng)過盈量較小時(shí)，主軸殘余彎曲變形隨過盈量和摩擦系數(shù)的增加而增加，當(dāng)過盈量大到一定程度以后，主軸殘余彎曲變形反而隨過盈量的增加而顯著減小，對(duì)摩擦系數(shù)的變化不敏感；(3)其它條件不變的情況下，軸向接觸長(zhǎng)度的減小有利于減小主軸殘余彎曲變形，但局部接觸壓力有增大趨勢(shì)；(4)葉輪材料(W520B)與主軸材料(40NiCrM07)的摩擦系數(shù)在012～026之間，整體上隨葉輪材料表面粗糙度的減小而減小，隨主軸材料表面粗糙度的減小而增加，但與法