單級離心式制冷壓縮機葉輪與主軸仿真分析與結構改進設計.pdf

1、離心式制冷壓縮機作為一種重要的能量轉換裝置，因其具有制冷能力大、運動件少、結構緊湊、工作可靠、運行平穩(wěn)、效率高等優(yōu)點，所以在國民經(jīng)濟各部門中占有重要的地位，被廣泛的應用于冶金工業(yè)、石油化學工業(yè)、能源電力等國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)及國防軍事領域，是這些企業(yè)的關鍵設備，是決定一個國家工業(yè)基礎和實力水平的重大技術裝備。在我國裝備制造業(yè)和國外有較大差距的情況下，能夠減小對外進口的依賴性，具有較大的經(jīng)濟效益和社會效益。但是如果不解決好離心式壓縮機在運行中

2、發(fā)生的問題，不僅使機器效率大為降低，嚴重地可能會毀壞機器。
　　 葉輪和主軸是離心壓縮機的核心和主要承力部件，其性能的好壞和結構的穩(wěn)定性對整個壓縮機安全可靠運行至關重要。因此，對離心壓縮機葉輪進行強度計算以及優(yōu)化設計越來越受到重視，已經(jīng)成為離心壓縮機設計中的重要一環(huán)。由于各行業(yè)發(fā)展的需要，離心壓縮機進口的流量不斷增大，所以葉輪葉片在進出口處相對變寬，葉輪的剛性變差，由于剛度不足，強度問題就顯得突出，加上各種激振力的影響，進一步削

3、弱了葉輪葉片的強度，更容易引起葉片疲勞損壞，從而導致大流量壓縮機多次發(fā)生葉片撕裂事故。所以對離心壓縮機葉輪和主軸的結構和振動等進行深入地分析研究有著重要的意義和價值。本文的研究工作有以下幾個方面：
　　 ①應用ANSYS有限元分析軟件對葉輪的靜強度和動態(tài)特性進行了分析計算，得出葉輪整體應力分布狀況、應力最大值出現(xiàn)的區(qū)域及葉片和葉輪振動狀況。
　　 ②從葉片、輪盤和輪蓋的結構改進方面分析了其對葉輪應力的影響。首先針對出現(xiàn)應

4、力集中的區(qū)域，研究了葉片與輪蓋兩條接觸邊不同倒圓角值和葉片入口處前緣修圓對葉輪最大應力值的影響。結果表明，在葉輪應力集中處進行倒圓角和對葉片入口前緣修圓能有效的降低葉輪的最大應力。然后研究了不同輪盤和輪蓋型式對葉輪應力的影響，結果表明，在不增加葉輪質量的前提下，改變輪蓋和輪盤的結構型式，使葉輪的質心趨向于葉輪的支撐中心時，葉輪的最大應力值會降低。但是延長輪蓋增加葉輪質量時，葉輪的最大應力值會增大，反之在一定范圍內(nèi)削減輪蓋長度時，葉輪的最

5、大應力值會明顯下降。
　　 ③針對葉輪在運轉過程中所受外部激振力主要來自主軸轉子的振動傳遞給葉輪產(chǎn)生的激勵，而主軸轉子振動通常情況下是由于主軸上運轉部件存在質量偏心所造成的。所以本文最后研究了在剛性支承和滑動軸承支承情況下主軸齒輪轉子系統(tǒng)的振動特性以及由于偏心質量所造成的不平衡響應問題。結果表明：1)由于主動軸與從動軸的耦合作用，系統(tǒng)振動特性發(fā)生改變，齒輪傳動系統(tǒng)耦合后會產(chǎn)生新的模態(tài)；系統(tǒng)的耦合效應對不平衡響應起到了一定的抑制作

6、用。2)系統(tǒng)的徑向不平衡質量不但能激起徑向振動，也會激起軸向振動。3)在單個齒輪系統(tǒng)的不平衡量和不平衡響應幅值滿足設計要求的情況下，組成的系統(tǒng)不一定能得到滿意的結果。一個平衡很好、沒有不平衡量的齒輪組成耦合系統(tǒng)后，也會受到另一個有不平衡量的齒輪系統(tǒng)的激勵而產(chǎn)生響應。因此，應該考慮整個齒輪傳動系統(tǒng)的不平衡量如何分布，才能使整個系統(tǒng)的不平衡響應幅值滿足設計要求，并使系統(tǒng)的振動量最小。
　　 本文通過對單級離心式制冷壓縮機葉輪和主軸等