大型离心压缩机叶轮动力分析方法的研究

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1、大连理下大学硕十学位论文摘要叶轮是离心压缩机中的最关键旋转部件。在对其进行结构分析的过程中，单纯的由离心力导致的静应力分析已不能满足叶轮的可靠性要求，在产品设计阶段必须考虑流固交互作用及叶轮特有的动力学行为，这是保障叶轮安全可靠运行的核心内容。本课题利用CAD／CAE技术，选用相关的CAD及CAE软件，对大型离心压缩机叶轮进行的动力分析方法研究。探讨了结构一流体协同计算的技术路线，介绍了SolidWorks、FLUENT和ANSYS在本研究中的应用。在叶轮结构线弹性计算中，引入自适应网格方法，讨论了网格划分方式对结构分析的影响，在结构计算中采用局部细化的网格划分

2、方式代替自适应网格，得到具有较高精度的结果。阐述了疲劳破坏的基本理论和应用于叶轮疲劳断裂分析的llW疲劳设计规范，提出基于IIW疲劳设计规范的闭式叶轮疲劳分析方法。基于该方法分别对闭式叶轮在旋转失速和尾流激振这两种流体激振力作用下的结构响应进行数值分析，结果表明这两种流体激振力是造成叶轮叶片疲劳断裂的主要因素。讨论了压缩机叶轮这种具有循环对称结构的振动特点，探讨了这种结构在周期性载荷的作用下可能发生破坏性共振的条件，利用循环对称的群论算法对某型叶轮进行模态分析，在此基础上通过控制作用在叶片上的流体激振力，求解在各种可能工况下叶片的振动响应，从而验证了压缩机叶轮可

3、能发生破坏性共振的条件。提出了一种面向设计的谐响应分析方法，基于该方法在ANSYS平台上利用APDL二次开发技术开发了谐分析计算工具软件，应用该软件对叶轮进行尾流激振数值模拟，可以找到最危险工况。本文对大型离心压缩机叶轮的可靠性设计提供必要的理论依据。关键词：叶轮；CAD／CAE技术；疲劳；数值分析；动力分析大型离心压缩机叶轮动力分析方法研究DynamicAnalysisMethodsofLarge—sizedCentrifugalCompressorImpellerAbstractImpelleristhemostimportantpartofcentrifu

4、galcompressor．Itisnotenoughforthereliabilitydesignofimpellerthatonlythecentrifugalloadisconsideredinthestaticanalysis．Theflow·solidinteractionandthespecialdynamicbehaviormustbeconsideredduringtheimpelleranalysisprocess．Itisthekeyissueforthesafetyandreliabilitydesignofanimpeller．Thist

5、hesispresentsthedynamicanalysismethodsoflarge-sizedcentrifugalcompressorimpellerbasedonCAD／CAEtechnique．Themethodofflow·solidco·calculationisreferred．TheapplicationofCAEsoftware，likeSolidWorks，FLUENTandANSYSareintroduced．Theadaptivemeshgenerationisappliedinstaticanalysisoftheimpeller

6、,andtheinfluenceofthemeshsizeforstructuralanalysisresultsisdiscussed．Besidestheadaptivemesh，atypeofpartfinemeshcouldalsogetreliableresults．Rotationstallandwakeexcitationoftheenclosedimpellersarcstudied．Inordertogetthestructuralresponse，harmonicresponseanalysisisemployed．Basedonfatigu

7、efailuretheoryandIIWcriterion，afatigueanalysisprocessisbuiltandthestructuralstressisobtained．Theresultsshowsthatrotationstallandwakeexcitationarethemajorfactorsleadingtofatiguebreakdown．Thebasicvibrationcharacteristicsofcentrifugalimpellerarestudied．Theresonanceconditionforthecyclics

8、ymmetricstru