大型離心式壓縮機葉輪靜動載荷的分析與研究.pdf

1、隨著工業(yè)化的不斷加強，人類社會對氧氣、氮氣和氬氣等工業(yè)氣體的需求迅速增加，導致了空氣分離裝備的不斷大型化。而大型離心空氣壓縮機是大型空分氣離裝備的核心設備，其性能的好壞對整個空分裝備的安全可靠運行都至關重要。葉輪是離心壓縮機的關鍵部件，葉輪承受的載荷主要包括旋轉離心力、軸系振動力和氣動力。離心力會使葉片產(chǎn)生較大的靜應力，氣動力及軸系振動力將引起葉輪葉片的振動，從而使葉片產(chǎn)生較大的交變應力，導致葉輪葉片的疲勞破壞。因此，葉片靜動態(tài)載荷的確

2、定成為葉輪設計的關健問題之一。
　　本文依托973課題的研究背景，以制氧系統(tǒng)中的離心壓縮機為研究對象，借助CFD數(shù)值模擬技術研究了離心壓縮機葉輪的靜動態(tài)載荷?；趩蜗蛄鞴恬詈戏椒ǚ治隽藟嚎s機工作過程中的氣動載荷及離心載荷對葉輪模態(tài)參數(shù)的影響，以及空氣入口參數(shù)對葉輪氣動載荷的影響;并利用非定常流動理論，研究了葉片氣動載荷的瞬態(tài)特性。具體完成如下幾個內(nèi)容。
　　(1)利用CFX軟件對葉輪內(nèi)部流場進行求解，并將計算的結果施加在葉輪

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

4、動載荷增大2000Pa左右。
　　(3)對葉輪內(nèi)部流場進行了非定常計算，得到了在靜止導葉下葉輪表面氣動載荷隨時間的變化規(guī)律，分析了導葉與葉輪之前的非定常干涉機理;分析了非諧設計導葉對葉輪內(nèi)部非定常流動影響，揭示了非諧設計導葉對葉輪表面氣動載荷的影響規(guī)律;結果表明，氣體激振頻率與導葉個數(shù)和葉輪轉速有關而與進氣溫度無關;非諧設計導葉可以降低氣體的激振頻率，進而使頻率等于導葉個數(shù)與轉速乘積的激勵載荷的幅值減小，但同時使氣體低階激勵載荷的