基于斷裂力學(xué)的離心壓縮機(jī)葉片疲勞壽命研究.pdf

1、離心式壓縮機(jī)在天然氣運(yùn)輸中占有重要地位，其設(shè)計(jì)制造水平標(biāo)志著國家重大制造裝備業(yè)的水平。壓縮機(jī)葉片的制造代表著壓縮機(jī)水平的最高技術(shù)，葉輪中的葉片是壓縮機(jī)故障的主要發(fā)生部位。葉片的主要故障以裂紋的形式出現(xiàn)，其疲勞壽命是壓縮機(jī)設(shè)計(jì)過程中比需要解決的問題。
　　本文針對某大型離心式壓縮機(jī)葉輪葉片，采用FLUENT模擬壓縮機(jī)工作下的葉片上的載荷分布，并將得到的結(jié)果在ANSYS中與葉輪模型進(jìn)行耦合，分析葉輪葉片在不同工況下的應(yīng)力分布，并且對葉

2、片在正常工況、失速和喘振發(fā)生時的應(yīng)力也進(jìn)行分析，得到了葉片的基本應(yīng)力情況，發(fā)現(xiàn)葉片與葉盤及蓋盤的連接處應(yīng)力比較大，屬于危險(xiǎn)區(qū)域。
　　葉片疲勞裂紋擴(kuò)展主要的影響因素是裂紋尖端的場的分布，包括應(yīng)力場及位移場。在對裂紋尖端場的影響因素中應(yīng)力強(qiáng)度因子是決定裂紋開裂及停止的主要因素。本文針對該型號壓縮機(jī)，對葉輪葉片在有裂紋情況下的裂紋尖端的場的分布進(jìn)行研究，得到邊緣及內(nèi)部裂紋尖端場的分布情況，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部裂紋尖端場的情況與邊緣裂紋相似，并比邊

3、緣裂紋減小30％-45％。
　　本文的第四章、第五章在基于斷裂力學(xué)的基礎(chǔ)上，通過分析葉片的斷面圖像，總結(jié)出葉片疲勞裂紋萌生的位置及斷口特征。針對PCL81型壓縮機(jī)葉片通過實(shí)驗(yàn)的方法求得其S-N曲線，通過建立裂紋擴(kuò)展速率模型分析該葉片在不同應(yīng)力比下的裂紋擴(kuò)展速率、疲勞壽命及剩余疲勞強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)在正常工況下裂紋擴(kuò)展比較緩慢，在失速和喘振工況下，裂紋擴(kuò)展比較快。
　　本文的研究成果不僅求得了裂紋在不同工況下的擴(kuò)展速率，而且對壓