离心压缩机叶轮叶片分析范文

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《科技风杂志》2015年第三期

1叶轮疲劳预估方法分析

在机械载荷中，转子的振动、叶轮和轮盖之间的摩擦所产生的载荷是一种非正常工况载荷，其发生几率非常小。所以，在机械载荷中只需要对叶轮高速旋转过程所形成的惯性力载荷进行考虑。以载荷有没有跟随时间的变化而改善为依据，可分为两类载荷：其一为静载荷；其二为动载荷。对于静载荷来说，主要涵盖了两方面的内容，一方面是叶轮处于高速旋转状态所形成的离心力载荷；另一方面是由气动载荷所形成的静压力。对于动载荷来说，主要是指气体经过导叶获得尾迹作用，然后基于叶轮叶片上的表面压力载荷。对于叶轮疲劳预估，其方法步骤为：首先需对静载荷及动载荷的结构响应进行求解，进一步在经过静载荷和动载荷的组合的基础上，再对结构的疲劳寿命进行计算。如图1所示，为叶轮疲劳分析流程图。

2叶轮静应力计算方法分析

在静应力计算过程中，需要对叶轮超速预加载加工工艺进行考虑，因此在进行静应力求解过程中，首先需要对超速进行求解，进一步完全叶轮处于正常工作状态时静应力的计算。如图2所示，为叶片CFD计算监测点。通过CFD分析得出气动静压载荷，然后对非正常CFD计算结果进行有效处理，从而将叶轮叶片表面平均压力求解出来，进一步把该压力当作叶轮叶片表面静压添加至叶轮叶片表面，最后完成叶轮静应力的计算。另外，在对叶轮静应力进行分析时，通常需利用ANSYS软件加以实现，基于ANSYS软件当中，将各监测点的压力向叶片表面单元上施加，然而使气动静压的加载得以有效实现。对于最后的求解，则应用旋转对称结构群论算法实现。

3叶轮叶片的疲劳寿命分析

将叶轮叶片材料中的进口高强度不锈钢材料作为例子进行分析，该材料和国产40CrNiMo材料的静态强度特性基本是相同的。回火结构钢的对称循环疲劳寿命通常和材料静态拉伸强度成正相关性。对于叶轮材料，其抗拉强度通常为1000MPa至1100MPa，结合图1可对叶轮材料的对称循环疲劳强度进行估计，大约为500MPa。显然，这和叶轮材料疲劳试验结果保持一致。对于大型离心压缩机，通过对其叶轮叶片的疲劳寿命进行分析，可以得出诸多结论，具体表现为：1）有两个工作应力会直接影响到叶片疲劳寿命；其一为稳态应力水平；其二为交变应力水平；两个应力水平无论哪个过高均会致使叶片疲劳寿命减弱。2）对结构设计进行优化能够使叶片稳态应力水平降低，而对于交变应力水平的降低，主要是通过运行管理加以实现。3）基于疲劳强度设计与可靠性两方面考虑，如果m为730MPa与780MPa，且应力变化范围分别为37.2MPa、26.4MPa的情况下，叶轮疲劳破坏可靠性则高达99.81%。

4结语

通过本课题的探究，认识到大型离心压缩机是一种非常重要的能量转换装置，在重工业中发挥了至关重要的作用。由于在大型离心压缩机当中，叶轮叶片疲劳可靠性会对大型离心压缩机的性能及安全运行产生直接影响，因此对叶轮叶片疲劳可靠性进行计算便显得极为重要。笔者认为，需要明确叶轮叶片的疲劳寿命，通过优化结构设计及做好运行管理工作等方式，使叶片稳态应力水平及交变应力水平得到有效控制，进一步提高叶轮疲劳破坏可靠性，最终使大型离心压缩机在实际应用过程中发挥出重要的价值作用。

作者：梁继洋李岩单位：沈阳鼓风机集团股份有限公司