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离心压缩机叶轮断裂失效分析

叶轮是离心压缩机中最重要的旋转部件,高速旋转的叶轮若发生断裂则极易引起连锁的严重后果。本文重点研究离心压缩机叶轮叶片断裂失效分析方法,通过完整的失效分析揭示叶片断裂失效的机制与发生条件,为离心压缩机叶轮设计与优化、运行工况监测、故障诊断提供参考。主要研究内容包括:1、通过叶片表面和断口的宏观和微观检测得到了叶片的表面质量、断口位置、裂纹源位置、断口形貌和裂纹扩展情况。分析表明:断口均呈现高周疲劳断裂特征;裂纹起源于叶片前缘根部的缺陷损伤处。通过测量获得叶片初始缺陷尺寸,为进一步分析提供数据。2、基于裂纹疲劳扩展分析技术探索叶片缺陷疲劳扩展发生条件。将含缺陷叶片抽象为二维裂纹分析模型,初始缺陷定义为平面角裂纹;通过应力计算分析工作载荷的影响,提取裂纹面上的静/动应力并施加至简化模型;采用裂纹扩展分析技术模拟叶片裂纹疲劳扩展行为,讨论相关参数的影响。3、检测与计算结果对比研究表明:(1)该叶轮的失效形式为高周疲劳下的断裂失效,裂纹扩  (本文共71页) 本文目录 | 阅读全文>>

北京化工大学
北京化工大学

气流激励下离心叶轮动态特性研究

随着离心压缩机在各个工业部门中的重要程度与日俱增,作为离心压缩机组中的关键构成部件,离心叶轮成为决定离心压缩机组性能和效率的关键因素。然而,由于气流激振导致的离心叶轮失效破坏层出不穷,所以对于离心叶轮的动态特性研究就具有十分重要的意义。本文首先从理论方面对离心叶轮的材料性能和失效形式进行了研究,同时从强度分析相关理论和流体动力学计算相关理论两方面对本文采用的数值计算方法进行了解释,并且针对气流激励导致叶片共振的机理进行了理论上的研究和分析。然后,本文以某透平机械制造厂的闭式离心叶轮为研究对象,利用有限元分析软件,对离心叶轮的强度进行了计算。并且通过分析计算得到了叶片倒圆角、叶片厚度和叶片数目对于离心叶轮强度的影响规律,同时针对过盈量与接触强度之间的关系,以及离心叶轮的疲劳寿命和失效评定进行了研究。紧接着,本文以某分流叶片断裂的半开式叶轮为研究对象,模拟气流激励的作用,对离心叶轮的动态特性进行了研究。利用叶轮机械专业分析软件,分别...  (本文共98页) 本文目录 | 阅读全文>>

《内蒙古科技大学学报》2017年02期
内蒙古科技大学学报

离心压缩机叶轮应力分析及优化

叶轮是离心式压缩机的核心部件之一,由前端盖、后端盖和叶片组成,叶轮受力情况复杂,在工作状态下承受自身的离心力、振荡力等循环交变载荷的作用.叶轮在运行中发生的失效形式主要有疲劳断裂、介质腐蚀、屈服形变、振动裂纹等,文献[1]对叶轮在受到介质压力和离心力情况下进行了受力变形分析;文献[2]对叶轮受到剪应力的情况下进行了耦合分析,如何有效降低叶轮的最大应力值仍是当今研究的热点问题.有限元法充分考虑到叶轮的复杂结构、多样的边界条件及约束等问题,可以快速而准确地对叶轮的应力进行求解,直观反映叶轮结构的应力、变形等.三维设计软件Solid Works具有强大的建模功能,依据主要的模型参数,建立有限元仿真分析的复杂的三维模型,Simulation是Solidworks软件中一个针对三维模型进行有限元分析的插件,基于原模型的基础上进行有限元分析,由于Solidworks的建模与Simulation的完美结合,并且在同一个软件上运行,在多次进行模...  (本文共3页) 阅读全文>>

《中国机械工程》2017年15期
中国机械工程

离心压缩机叶轮主动再制造设计和时机调控方法

0引言离心压缩机是技术密集典型化的机电产品,广泛应用于石油、化工、电力和能源等国民经济支柱产业,随着国家可持续发展重大战略的推进,离心压缩机的再制造研究也愈发重要。而叶轮又是离心压缩机等大型旋转机械的主要承力和做功部件,其性能直接影响整个压缩机组运行的安全性和可靠性[1]。由于叶轮结构复杂、服役状态参差不一,故离心压缩机叶轮的再制造设计具有挑战性。国内已经有许多学者对叶轮再制造进行了研究,张洪潮等[2]通过模拟压缩机叶轮在通电瞬间的电流密度、温度场和应力场的分布,提出了阻止叶轮疲劳裂纹扩展的方法;舒林森等[3]针对再制造叶轮结构特征的三维建模问题,提出了叶轮结构特征重构方法,构建了再制造叶轮零部件服役寿命预测模型;许磊等[4]为了提高离心压缩机再制造叶轮仿真实验的仿真精度与求解效率,提出了一种基于拓扑的再制造叶轮六面体结构网格划分方法;刘慧杨[5]通过模拟不同工况下的叶轮,采集力学状态数据,分析了叶轮的工作转速和过盈量对其接触压...  (本文共9页) 阅读全文>>

《通用机械》2017年09期
通用机械

基于有限元法的离心压缩机叶轮过盈问题探究

一、前言离心式压缩机主要用来输送气体并提高气体的压力,广泛应用于现代石油、化工、制冷、动力及冶金等行业。离心压缩机获得较高的性能需要优秀的空气动力学设计,而离心式叶轮是其中最为重要的部件。通常叶轮与转轴之间采用过盈连接,即采用过盈配合实现连接的一种连接方式,可传递足够的扭矩以满足叶轮做功需要。在叶轮的前期设计中,过盈量的合理设计是一项重要工作。过盈量过高将导致叶轮局部应力过高、转轴易弯曲、装配工艺性差;过低将导致过盈接触压力不足从而无法提供足够的摩擦力造成叶轮松动,或者摩擦力矩不足以满足叶轮所需要传递的扭矩。叶轮与轴接触状态的影响因素往往是复杂多样的,所以想通过试验法获得精确的、定量的过盈量是异常困难的。而有限元法作为复杂工程结构的仿真方法,早已得到全世界的广泛认可。不需要昂贵的试验费用预算,通过有限元法,结构被离散为有限数量的弹性结构单元,在计算机程序中进行运算得出预估的结构力学性能。影响叶轮与轴过盈状态的因素很多,目前认为主...  (本文共4页) 阅读全文>>

《开封大学学报》2013年02期
开封大学学报

离心压缩机叶轮焊接工艺研究

1叶轮工作环境离心式压缩机是通过叶轮对气体做功的,利用离心升压作用和降速扩压作用来产生气体压力.一个离心式压缩机叶轮所能提高的压力是有限的,单级压比只能达到1.3~2.0.要想得到较高的气体压力,最好的方法就是多级压缩.在叶轮尺寸固定的情况下,每一级的压比与压缩机的转速成正比例关系.所以,目前国内的离心式压缩机大都设置了较高的转速.对叶轮强度的要求也随着转速的提高而逐步提高[1].另外,离心式压缩机叶轮直径较小时,风量较小,可采用较高的转速;而叶轮直径较大时,容量也较大的压缩机,其转速可以低一些.例如,由开封空分设备集团生产的3200m3/h空分设备中的离心式压缩机,转速为8600r/min;1000m3/h空分设备中的空气压缩机,转速为6000r/min.而在制作过程中对叶轮进行的动平衡测试则要求达到8000~13000r/min.2叶轮制作现状在传统的叶轮制造过程中,叶轮焊接变形导致叶轮报废的现象经常出现.为此,人们进行了各...  (本文共2页) 阅读全文>>

《风机技术》2000年06期
风机技术

两种典型离心压缩机叶轮内部流动的计算与分析

一、前言离心式压缩机叶轮的内部流动,由于受旋转、曲线、粘性以及叶顶间隙流等诸多因素的影响和相互作用,是一种十分复杂的三维流动现象。对离心压缩机叶轮内部流场进行准确地分析在离心压缩机的设计中具有十分重要的地位,它是预测性能和筛选设计方案的重要依据。因此各国学者都对此倾注了很大的精力,新的解法在不断涌现。吴仲华教授在50年代提出的利用S1和S2两类流面迭代求解叶轮机械内部三元流动解的理论,由于物理概念清晰、计算速度快、计算机容量要求小,特别适合于工程计算。尽管计算机的速度越来越快,全三维直接解法也有很大进展,但在工程采用的计算方法以及计算机辅助设计方面,在国内外仍广泛采用S1和S2两类流面准三元计算方法。德国宇航研究院Krain博士实验研究的现代离心压缩机半开式后向三元叶轮和美国航天局(NASA)Lewis研究中心的低速离心压缩机叶轮(LSCC)的实验数据是目前世界上最具权威的,受到人们广泛重视,许多研究者对其进行了分析计算。作为我...  (本文共4页) 阅读全文>>