【摘要】：葉輪是離心壓縮機(jī)高速轉(zhuǎn)子的核心部件,壓縮機(jī)葉輪使氣流加速、增壓、升溫,而本身則主要承受離心力、氣動(dòng)力、激振力、外物沖擊等循環(huán)交變載荷與動(dòng)載荷作用。它的結(jié)構(gòu)、工作狀態(tài)和工作環(huán)境十分復(fù)雜。在葉輪的高應(yīng)力區(qū),這些載荷與葉輪本身的焊接殘余應(yīng)力疊加作用,使葉輪容易產(chǎn)生應(yīng)力集中過大,產(chǎn)生裂紋甚至發(fā)生破壞。葉輪的可靠性直接影響到整個(gè)壓縮機(jī)組的正常運(yùn)轉(zhuǎn),甚至影響到整個(gè)機(jī)組的安全。因此,研究和分析葉輪的可靠性能已經(jīng)成為迫切需要的問題。 本文在廣泛吸收國內(nèi)外機(jī)械強(qiáng)度設(shè)計(jì)以及可靠性穩(wěn)健設(shè)計(jì)研究成果的基礎(chǔ)上對(duì)大型離心壓縮機(jī)葉輪在離心力作用下結(jié)構(gòu)可靠性問題進(jìn)行了大量的研究。研究工作主要分為兩部分,第一部分對(duì)單獨(dú)的葉輪進(jìn)行強(qiáng)度分析,得到了離心力作用下葉輪的結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力分布狀況,以及危險(xiǎn)部位的應(yīng)力值,以降低成本為原則,結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù),對(duì)葉輪進(jìn)行了可靠性設(shè)計(jì)；并結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及可靠性靈敏度方法,對(duì)葉輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行了可靠性穩(wěn)健設(shè)計(jì),使其在滿足可靠度的前提下,對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)變化的靈敏度降到最低,從而提高了葉輪的穩(wěn)健性；第二部分以非線性接觸理論為基礎(chǔ),利用有限元法分析了葉輪部裝結(jié)構(gòu)在熱裝過程結(jié)束達(dá)到穩(wěn)態(tài)后輪轂與軸接觸處的內(nèi)應(yīng)力大小與接觸情況。分別分析了套裝結(jié)構(gòu)靜接觸以及在離心力作用下的動(dòng)接觸兩種工況,對(duì)過盈量按照離心力作用下全部接觸為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了設(shè)計(jì),確保了葉輪與軸良好的裝配狀態(tài)。最后結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及可靠性靈敏度方法,對(duì)葉輪套裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行了可靠性設(shè)計(jì)和可靠性穩(wěn)健設(shè)計(jì),并與前面單獨(dú)對(duì)葉輪進(jìn)行可靠性穩(wěn)健設(shè)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。 通過本文的研究,總結(jié)和摸索出了一套應(yīng)用于大型離心壓縮機(jī)葉輪的可靠性穩(wěn)健設(shè)計(jì)方法,確保大型離心壓縮機(jī)以一定的可靠度正常運(yùn)行,并且結(jié)構(gòu)中的隨機(jī)參數(shù)的變化對(duì)可靠度的影響達(dá)到最低。該文分析得到的數(shù)據(jù)結(jié)果為離心葉輪的設(shè)計(jì)提供了重要的依據(jù)。
【圖文】：

法完成了該葉片特征的創(chuàng)建工作。通過曲面的包絡(luò)和剪裁，使得整個(gè)模型的繼承性和可更新性大大增強(qiáng)，并且整個(gè)模型在建立后，由于結(jié)構(gòu)突變而引起的小面和曲率突變問題得以解決。葉輪以及葉片的三維參數(shù)化模型，見圖3.1。圖3.1葉輪三維參數(shù)化模型與葉片形狀 Fig.3.lParametriemodeloftheimPellerandshapeoftheblade3.3離心力作用下葉輪的應(yīng)力分布及變形趨勢(shì)葉輪離心力分析是轉(zhuǎn)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中的必要工作步驟，通過分析一方面可以了解葉輪在慣性力作用下的變形趨勢(shì)和應(yīng)力分布狀況，另一方面由分析得到的結(jié)果，也為后續(xù)的分析和再設(shè)計(jì)工作提供參考和比照對(duì)象，為檢驗(yàn)非線性分析過程中是否會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力失真情況提供幫助。葉輪的離心力作用下的靜強(qiáng)度分析產(chǎn)生的應(yīng)力是本文研究的重點(diǎn)，應(yīng)力值的大小能否滿足設(shè)計(jì)要求決定了葉輪強(qiáng)度是否可靠，當(dāng)應(yīng)力值超過結(jié)構(gòu)的屈服極限時(shí)，結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)生塑性變形，，有可能形成初始的裂紋，為系統(tǒng)安全運(yùn)行埋下隱患，嚴(yán)重的會(huì)使葉片斷裂，引發(fā)葉輪的不平衡性，從而使機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)是發(fā)生很大的振動(dòng)，振幅過大會(huì)在短時(shí)間內(nèi)使機(jī)組失效。3.3.1葉輪整盤離心力分析(1)分析初始條件說明待分析葉輪為使用軸肩定位

有限元分析中采用Patran單元庫中的10結(jié)點(diǎn)四面體單元進(jìn)行模型的有限元自由網(wǎng)格劃分，單元尺寸按照葉輪外經(jīng)的1，6%一2.5%來取，因此單元尺寸選擇30mm，劃分結(jié)果如圖3.2所示，其中節(jié)點(diǎn)數(shù)為90077，為單元數(shù)48606。整個(gè)模型在圓柱坐標(biāo)系下完成網(wǎng)格化分、分析計(jì)算以及讀取結(jié)果。(3)邊界條件加載為簡(jiǎn)化分析，這里將軸肩定位簡(jiǎn)化為對(duì)于定位處軸向位移的限制，同時(shí)由于葉輪在離心力分析時(shí)只是加的離心載荷，而不會(huì)真的產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，故在軸孔位置設(shè)置切向約束，使葉輪不能發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，邊界條件加載如圖3.3所示，葉輪的轉(zhuǎn)速為n=4500rPm=75rad/s。Fig.3.2車由孔處切向約束車由肩軸向約束轉(zhuǎn)速n二4J口O作刀”圖3.2待分析幾1‘輪的有限元模型 FilliteelementmeshmodelofimPellertobeanalyzed口口乓圖3.3待分析葉輪的邊界條州
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：TH452

【參考文獻(xiàn)】

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1 陳立周,于曉紅,翁海珊;基于隨機(jī)優(yōu)化的工程穩(wěn)健設(shè)計(jì)[J];北京科技大學(xué)學(xué)報(bào);1999年01期

2 譚曉蘭,韓建友,陳立周;基于隨機(jī)模型的軌跡發(fā)生機(jī)構(gòu)穩(wěn)健設(shè)計(jì)研究[J];燕山大學(xué)學(xué)報(bào);2004年05期

3 史進(jìn)淵;;汽輪機(jī)葉輪的可靠性設(shè)計(jì)[J];東方電氣評(píng)論;1991年01期

4 張軍英，保錚;二進(jìn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的最穩(wěn)健設(shè)計(jì)[J];電子學(xué)報(bào);1997年10期

5 尤小梅;孟磊;聞邦椿;;基于接觸理論的葉輪部裝結(jié)構(gòu)分析[J];中國工程機(jī)械學(xué)報(bào);2008年04期

6 張義民,劉巧伶,聞邦椿;單自由度非線性隨機(jī)參數(shù)振動(dòng)系統(tǒng)的可靠性靈敏度分析[J];固體力學(xué)學(xué)報(bào);2003年01期

7 吳承偉;關(guān)振群;郭杏林;程耿東;王學(xué)軍;戴繼雙;張勇;楊樹華;;大型離心壓縮機(jī)葉輪葉片疲勞可靠性分析[J];裝備制造技術(shù);2008年08期

8 吳亞舸,吳劍國;一種基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)曲面法在結(jié)構(gòu)可靠性中的應(yīng)用[J];華東船舶工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2001年06期

9 劉寧,鄭建青;工程隨機(jī)力學(xué)及可靠性理論中的若干問題(上)[J];河海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1999年05期

10 劉寧;工程隨機(jī)力學(xué)及可靠性理論中的若干問題(下)[J];河海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2000年01期

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1 賀向東;機(jī)械結(jié)構(gòu)可靠性穩(wěn)健設(shè)計(jì)若干關(guān)鍵問題的研究[D];吉林大學(xué);2005年

本文編號(hào)：2606354