离心压缩机半开式叶轮阻尼及动应力计算研究

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1、犬－＇ｉｔ拔大爱ＤＡＬＩＡＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ硕士芽位记文ＭＡＳＴＥＲＡＬＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ—參３｜｜＾离心压缩机半开式叶轮阻尼及动应力计算研究动力机械及工程学科专业＿＿＿＿＿＿吴俊男作者姓名王晓放教授指导教师徐胜利讲师————答辩日期２０１５年６月硕士学位论文离心压缩机半开式叶轮阻尼及动应力计算研究ｏｆ－ＳｔｕｄｙＤａｍｉｎａｎｄＤｎａｍｉｃＳｔｒｅｓｓｆｏｒＳｅｍｉｏｐｅｎｐｇｙＣｅｎｔｒｉｆｕａｌＣｏｍｒｅｓｓｏｒＩｍｅｌｌｅｒ

2、ｓｇｐｐ作者姓名：吴俊男学科、专业：动力机械及工程学号：２１２１００７０指导教师：王晓放教授徐胜利讲师完成日期：２０１５年６月大違理工大摩ＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ大连理工大学学位论文独创性声明：作者郑重声明所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研宄成果，也不包含其他己申请学位或其他用途使用过的成果一。与我同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确

3、的说明并表示了谢意。。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任学位论文题目：忘诚加＾不４：ｉ十算ｆｔ／外／ｒ年／月丨作者签名＝Ｍｔｌ？日期：日大连理工大学硕士学位论文摘要离心压缩机是冶金、化工、电力、石油等部门的重要动力设备，应用十分广泛。随着科学技术的发展，离心压缩机的性能也逐步提升。高性能不仅使得静载荷增大，还会导致离心压缩机的振动，，甚至高周疲劳破坏。尤其是离心压缩机的叶轮高周疲劳是其一破坏的主要原因之。叶轮的破坏不仅仅会对机组造成破坏，更会导致机组无法正常运行，维修以及停机所造成的损失是巨大的。叶轮是离心压缩机

4、转子的核心部件。在机组正常运行中，叶轮通常承受包括离心力、气流力等复杂的载荷作用，载荷引起的动应力过高将会导致叶轮的高周疲劳破坏。因此，动应力计算是叶轮设计和破坏分析中的重要环节。准确计算结构动应力，需要同时考虑载荷以及结构的阻尼特性。本文针对某事故离心压缩机半开式叶轮，计算了该叶轮在气动载荷下的动应力。叶轮表面气动载荷由瞬态ＣＦＤ（ＣｏｍｕｔａｔｉｏｎａｌＦｌｕｎａｍｉｃｓ）计算获得，ＦＦＴ（ＦａｓｔｐｉｄＤｙ由ＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）变换得到的载荷频域结果表明，叶片表面承受多个不同频率激振力的影响。离心压缩机

5、叶轮的阻尼主要包括材料阻尼和气动阻尼。本文基于实验获得的经验公式，研究了叶轮的材料阻尼比与动应力以及振幅的关系。气动阻尼方面，相关的实验数据比较有限，本文通过数值计算方法，得到了半开式离心叶轮不同振幅、不同模态以及不同工况下的气动阻尼比，分析了各因素对气动阻尼比的影响。以此为基础，考虑材料阻尼和气动阻尼一，给出叶轮总阻尼的非线性模型。本文通过种等效静力分析方法，利用单向流固親合计算了不同入口气体温度下，叶轮在强迫振动以及共振下的动一应力，，，。结果表明当质量流量定、入口气体温度降低时气体体积流量减小机组偏离设计点运行，此时叶轮表面气动载荷的主

6、要频率成分较设计点变化不大，而载荷幅值大幅增大，叶轮所受动应力水平也大幅提高。疲劳强度计算结果表明，在非设计工况下，一叶轮前缘叶根处安全系数较低，容易发生疲劳破坏，该结果与实际叶轮疲劳破坏位置致。关键词：气动载荷；材料阻尼；气动阻尼；动应力－１－离心压缩机半开式叶轮阻尼及动应力计算研究Ｓｔｕｄｏｆ－ｙＤａｍｐｉｎｇａｎｄＤｎａｍｉｃＳｔｒｅｓｓｆｏｒＳｅｍｉｏｅｎＣｅｎｔｒｉｆｕａｌｙｐｇＣｏｍｒｅｓｓｏｒＩｍｐｅｌｌｅｒｓｐＡｂｓｔｒａｃｔＣｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒｓａｒｅｉｍｐｏｒｔ

7、ａｎｔｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓｉｎｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，ｃｈｅｍｉｃａｌｅｌｅｃｔｒｉｃｏｗｅｒｅｔｒｏｌｅｕｍａｎｄｏｗｅｒｅｎｉｎｅｅｒｉｎａｎｄｗｉｄｅｌｕｓｅｄｉｎｏｔｈｅｒｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ．Ｗｉｔｈｔｈｅｐ，ｐｐｇｇｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｓｃｉｅｎｃｅａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｔｈｅｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｃｅｎｔｒｉｆｕａｌｃｏｍｒｅｓｓｏｒｓｈａｓｂｅｅｎｇｙ，ｐｇｐｉｍｒｏｖｅｄａｌｏｔｄｕｒｉｎｔｈｅｌａｓｔｄｅｃａｄｅｓ．Ｔｈｅｃｏｎｔ