大型離心壓縮機主軸熱裝彎曲機理研究.pdf

1、碩士學(xué)位論文大型離心壓縮機主軸熱裝彎曲機理研究ResearchontheMainShaftBendingMechanicsinShrinkfitofaLargeScaleCentrifugalCompressor學(xué)21003018大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要大型離心式壓縮機是一種重要的能量轉(zhuǎn)換裝置，具有排氣量大、效率高以及正常工況下運行平穩(wěn)等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于石油、化工、

2、冶金、動力、制冷等國民經(jīng)濟的各個行業(yè)。然而，近三十年來，國內(nèi)某大型離心壓縮機生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)常遇到壓縮機主軸與葉輪熱裝過程中發(fā)生彎曲的事故。主軸一旦發(fā)生彎曲，輕者需要返工修復(fù)，重者完全報廢，成為嚴重影響企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟效益的難題。近年來隨著壓縮機尺寸的不斷擴大，上述問題日趨嚴重。目前國內(nèi)外有關(guān)離心式壓縮機的研究工作大多集中在壓縮結(jié)構(gòu)強度、葉片形狀優(yōu)化、流道設(shè)計、喘振分析以及可靠性設(shè)計等方面，很少涉及壓縮機轉(zhuǎn)子裝配過程中的相關(guān)工藝力學(xué)問題。因

3、此，本文以大規(guī)模有限元數(shù)值分析為主，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)研和相關(guān)實驗分析，研究了大型離心式壓縮機主軸與葉輪在熱裝過程中發(fā)生彎曲變形的主要因素及其規(guī)律，相關(guān)結(jié)論為改進主軸與葉輪裝配工藝提供了指導(dǎo)。本文首先基于企業(yè)提供的實體模型，建立了相應(yīng)的有限元計算模型，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果，模型考慮了裝配體自重、輪盤與臺面放置方式等細節(jié)，從而最大可能地模擬真實裝配狀態(tài)。利用該模型，本文模擬了熱裝配過程中降溫不均勻、摩擦系數(shù)變化、過盈量以及軸向接觸長度等參數(shù)對主軸彎曲

4、變形的影響，然后通過實驗考察了表面粗糙度及法向壓力對葉輪與主軸材料摩擦系數(shù)的影響。研究表明：(1)熱裝配過程中的降溫不均勻是導(dǎo)致主軸彎曲的主要因素，改善溫度環(huán)境將有利于減小主軸彎曲程度或防止主軸彎曲現(xiàn)象的發(fā)生，但降溫不均導(dǎo)致的主軸彎曲變形隨降溫時間的增加呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，最終殘余彎曲變形(裝配體完全降至室溫時的彎曲變形)的大小不僅與降溫不均勻程度有關(guān)，而且與摩擦系數(shù)和配合過盈量等參數(shù)有關(guān)；(2)摩擦系數(shù)與過盈量對主軸最終殘余變形影

5、響復(fù)雜，當(dāng)過盈量較小時，主軸殘余彎曲變形隨過盈量和摩擦系數(shù)的增加而增加，當(dāng)過盈量大到一定程度以后，主軸殘余彎曲變形反而隨過盈量的增加而顯著減小，對摩擦系數(shù)的變化不敏感；(3)其它條件不變的情況下，軸向接觸長度的減小有利于減小主軸殘余彎曲變形，但局部接觸壓力有增大趨勢；(4)葉輪材料(W520B)與主軸材料(40NiCrM07)的摩擦系數(shù)在012～026之間，整體上隨葉輪材料表面粗糙度的減小而減小，隨主軸材料表面粗糙度的減小而增加，但與法