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叶轮的强度分析与结构优化

发布于:2016-04-28 20:21
强度分析

      随着我国经济的快速发展,各种风机在冶金、石油化工、天然气输送、制冷、空分以及动力等工业部门获得了广泛的应用,离心压缩机的可靠性问题制约着它的发展,因此对其深入研究是非常必要的。
      叶轮是离心压缩机的关键部件,直接关系到机组的运行效率和安全,然而我企业的基本级已不能完全满足设计的要求,其开发工作显得尤为重要,特别是大流量基本级的开发更是迫在眉睫。本研究选用的模型就是某企业正在开发的大流量半开式基本级叶轮,对其进行强度分析及刚度分析具有重要意义。
      采用的模型是某基本级的叶轮,此叶轮为半开式的三元流叶轮,叶轮外径为250mm,材料为合金钢,泊松比0.3,屈服强度为850MPa,强度极限为920MPa,密度为7800kgf/m3,杨氏弹性模量为2.1xe11N/mm2,抗剪模量为7.9xe11N/mm2。由于叶片型线复杂,选用数据处理功能强大的Ug建立了叶片模型,导入Solidworks后建立了轮盘部分,形成叶轮模型,将三维实体模型导入有限元分析AppANSYS中,以六面体单元为主,辅以四面体单元对模型进行网格划分,网格大小控制为2.5mm,得到有限元分析模型,根据叶轮在运行过程中的特点,叶轮与主轴过盈装配后,在主轴传动下旋转工作,这里关注的是叶轮上的应力,不关注叶轮与主轴之间的相互作用,模型简化后,约束叶轮内孔,施加离心力,转速为30000r/min,应力云图见图,最大综合应力为970MPa,远大于材料的屈服强度,所以必须调整结构以满足强度要求。
      观察应力云图发现,应力较大的点都集中在叶片与轮盘交接处,且在轮盘刚性较弱的凹槽处,造成叶轮在离心力作用下位移也较大,位移云图见图,最大位移在长叶片的最远端,为2.158mm结论是由于轮盘上的凹槽引起叶轮整体刚性不足,导致此处出现应力集中,且造成位移较大,针对这种情况,需要提高此处的刚性。
      为提高刚性,将轮盘上的凹槽去掉,采用同样的分析方法,得到应力云图见图,最大应力为753 .742MPa,最大位移为1.56mm,满足强度及刚性的要求。 凹槽去掉后应力和位移都有大幅的减小。说明这种改进方法可行。 直接去掉凹槽对强度来说是最好的,但增加了叶轮的装配难度。原来留凹槽是为了便于油压装配该叶轮,从这个角度考虑问题,只能减小凹槽,而不能直接去掉凹槽。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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