大型透平膨脹機轉(zhuǎn)子動力學(xué)分析及葉輪強度分析.pdf

1、本文以杭州市科技發(fā)展規(guī)劃項目《大型透平膨脹機組的設(shè)計、優(yōu)化與制造》為依托，研究目前國內(nèi)自行設(shè)計制造的最大透平膨脹機(50000m3/h(氧))的轉(zhuǎn)子動力學(xué)特性，進行膨脹輪和增壓輪的葉輪強度有限元分析，藉此探索一條適合我們的大型透平膨脹機的設(shè)計分析之路，以提高設(shè)計效率，增加產(chǎn)品的可靠性，為今后更大規(guī)模的設(shè)計奠定基礎(chǔ)。 針對某大型透平膨脹機主軸的結(jié)構(gòu)特點，本文首次提出三棱軸段的單元運動方程；并基于有限元法，用MATLAB軟件開發(fā)了專

2、門的轉(zhuǎn)子動力學(xué)計算軟件。該軟件綜合考慮了葉輪的陀螺力矩與轉(zhuǎn)動慣量、主軸的轉(zhuǎn)動慣量和滑動軸承的油膜剛度與阻尼等因素，且適用于剛性支承和彈性支承這兩種不同的支承方式。同時，所需轉(zhuǎn)子參數(shù)均從軟件外部文檔輸入，極大地方便轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與再設(shè)計。經(jīng)算例驗證，軟件計算的臨界轉(zhuǎn)速與不平衡響應(yīng)值與理論計算值非常接近，這表明該軟件具有極高的計算精度。應(yīng)用于某大型透平膨脹機的轉(zhuǎn)子動力學(xué)計算中取得了較理想的結(jié)果，軟件計算的轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速很接近國外的經(jīng)驗臨界轉(zhuǎn)速

3、，這表明該軟件可用于解決工程實際問題，對轉(zhuǎn)子動力學(xué)的研究有一定的參考價值。 本文分析了過盈配合、溫度差與旋轉(zhuǎn)離心力三者共同作用下的葉輪強度，考慮葉輪與主軸是溫差法過盈裝配，利用溫度的變化處理過盈配合；考慮葉輪工作時進出口溫差比較大，記入了溫差引起的熱應(yīng)力。有限元分析結(jié)果表明，考慮過盈配合和溫差應(yīng)力后，膨脹輪的最大應(yīng)力在輪盤與主軸配合的圓周表面，且比只考慮離心力作用時的最大應(yīng)力值大的多；增壓輪的最大應(yīng)力也比只考慮離心力作用時的最大