空氣壓縮機關鍵零部件尺寸對疲勞壽命的影響分析.pdf

1、當前國外空分設備裝置的特點是:大型化、高可靠性、低耗能等。與國外空分設備發(fā)展水平相比，我國空分設備發(fā)展相對起步晚、制造規(guī)模小、產(chǎn)品耗能高等。目前迫切需要對大型空分設備的工藝流程進行系統(tǒng)的分析，尤其是對空分設備關鍵零部件的工況、所受載荷及其影響因素進行深入的研究，從而進一步建立空分設備關鍵零部件疲勞壽命的預測方法。本論文以某空分壓縮機為對象，研究了關鍵零部件尺寸對其疲勞壽命的影響，完成了以下研究工作。
　　(1)根據(jù)壓縮機首級葉輪的

2、靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析結(jié)果，找出葉輪在工作中易發(fā)生屈服破壞的薄弱環(huán)節(jié)。通過對葉輪自由態(tài)的模態(tài)分析、以旋轉(zhuǎn)應力為預應力狀態(tài)下葉輪模態(tài)分析、旋轉(zhuǎn)應力和氣動力耦合作用下的葉輪模態(tài)分析結(jié)果對比，探索了氣動力對葉輪固有頻率的影響規(guī)律，進而分析了葉輪模態(tài)頻率及模態(tài)形式隨葉輪尺寸的變化規(guī)律，結(jié)果表明:隨旋轉(zhuǎn)離心力的增加，葉輪模態(tài)頻率稍有增加;隨氣動力的增加，葉輪模態(tài)頻率略有減小。隨著葉輪尺寸的增大，葉輪固有頻率有減小趨勢，且減小的幅度隨尺寸增加而降低。葉輪的最

3、大變形量、等效應力應變隨葉輪整體尺寸的增大而增加。
　　(2)基于ANSYS軟件分析環(huán)境，利用直接瞬態(tài)分析法和單向流固耦合法，研究了壓縮機葉輪載荷的時間歷程。通過兩種方法的計算結(jié)果和程序運行時間進行了對比分析，結(jié)果表明:兩種方法所獲得的計算結(jié)果比較接近，但直接瞬態(tài)分析法比單向流固耦合法所需計算時間大大降低，因此，可利用直接瞬態(tài)分析法代替單向流固耦合分析法研究葉輪的尺寸效應。
　　(3)利用直接瞬態(tài)分析法，計算了不同尺寸葉輪的

4、載荷時間歷程。分別利用Crossland模型和Matake模型，定義了葉輪的等效疲勞名義應力。利用基于MATLAB語言的雨流計數(shù)法提取了不同尺寸葉輪的兩種疲勞名義應力，編制了葉輪載荷譜。利用疲勞累計損傷理論，建立了葉輪疲勞壽命預測模型。分別利用兩種等效名義應力對不同尺寸葉輪進行壽命預測，結(jié)果表明:在相同工況下，隨著構(gòu)件尺寸的增大，葉輪的疲勞壽命逐漸在減小，在葉輪尺寸增大到一定尺寸，構(gòu)件疲勞壽命會趨于穩(wěn)定。兩種等效名義應力對不同尺寸葉輪進