資源描述：
《基于ANSYS的離心壓縮機葉輪結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、通用機械翩造銣基于ANSYS的離心壓縮機葉輪結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析三一集團有限公司(湖南長沙410100)劉輝【摘要】葉輪是離心壓縮機的核心部件，其運轉(zhuǎn)的安全性對于整個機組的可靠性有著至關(guān)重要的作用，而其結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性又直接影響著應(yīng)力的分布和變形的大小。通過有限元分析，在盡可能不影響葉輪氣動性能的前提下，對葉片根部倒角的結(jié)構(gòu)尺寸進行優(yōu)化。通過多種方案的對比分析，提出了變倒角這一創(chuàng)新性的想法，從而有效地降低應(yīng)力和變形的大小，為葉輪結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了很好的方向和思路。【關(guān)鍵詞】葉輪結(jié)構(gòu)優(yōu)化有限元分析離心壓縮機一、刖昌離心壓縮機由于單級壓縮比高、工藝性能好而被廣
2、泛應(yīng)用于鋼鐵冶金、煤化工、空氣分離、石油化工和天然氣輸送等領(lǐng)域。壓縮機的葉輪是它的核心部件，其運轉(zhuǎn)的安全性對于整個機組的可靠性有著至關(guān)重要的作用，而其結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性又直接影響著應(yīng)力的分布和變形的大小。因此，在滿足氣動要求的條件下，葉輪的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計是產(chǎn)品研發(fā)的關(guān)鍵。本文通過大型有限元分析軟件ANSYS，對葉輪的葉片根部倒角的結(jié)構(gòu)尺寸進行了調(diào)整，建立了不同的優(yōu)化模型，并對其分別進行了有限元計算，分析了各自對葉輪應(yīng)力，變形和質(zhì)量的影響，為產(chǎn)品的研發(fā)提供了設(shè)計參考和依據(jù)。GMMamtfacture二．有限元法及其計算軟件有限元法是在當(dāng)今工程分析中獲
3、得最廣泛應(yīng)用的數(shù)值計算方法，由于它的通用性和有效性，受到工程技術(shù)界的高度重視。伴隨著計算機科學(xué)和技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)已成為計算機輔助工程和數(shù)值仿真的重要組成部分。ANSYS是具有世界先進水平的通用有限元分析軟件，它有強大的前、后處理和計算分析功能，能有效地保證計算結(jié)果的精度。三、結(jié)構(gòu)參數(shù)及計算模型1．葉輪材料和轉(zhuǎn)速葉輪材料為FV520B不銹鋼，它的標(biāo)準值見表1，葉輪的轉(zhuǎn)速見表2。表1材料參數(shù)表表2葉輪轉(zhuǎn)速2．邊界條件由葉輪和傳動軸的裝配關(guān)系可知：約束軸孔處的GM通用朝麓2017年第11期WWW．etyjx．comlGM透曰稅稅制造gGM．弛㈣f如
4、ctul+g66切向位移，輪背端部的軸向位移。葉輪主要受離心慣性力的作用，并且考慮重力的影響，如圖1N示。圖1葉輪邊界條件結(jié)構(gòu)靜力計算單元總數(shù)為27．9萬個，節(jié)點總數(shù)為42．9萬個，巨大的計算規(guī)?？梢杂行У乇ＷC結(jié)構(gòu)分析的精度。010000(mml●■■■■●二二二二]5000圖2葉輪有限元計算模型：：蘭登擇和網(wǎng)格翼?+。。：。一。?一。．四、計算結(jié)果與分析對葉輪采mSolidl87這--10節(jié)點四面體高階單元進一’?一??一行剖分，并對關(guān)鍵位置的網(wǎng)格進行細化，得到的網(wǎng)格較1．葉片根部倒角優(yōu)化規(guī)整，疏密得當(dāng)。這種單元具有精度高、適用于不規(guī)則依次建
5、立5個不同倒角的葉輪模型進行計算，超速模型的特點，葉輪的有限元計算模犁如圖2所示，它的轉(zhuǎn)速下的計算結(jié)果見表3。表3葉片根部倒角優(yōu)化計算結(jié)果2mm2．5mmjmiTl4mm6—3．6ram1341．410728033．8959．0894．1月嗵面秘瞄’口it一葉片出口根部哥屆堀藤‘窿剮掘∞a-‘--O．92l0．9800．9600．933{囑玨囂‘榭i『fj：；0．0300．0290029叫0．245；疆l’：寓口02620．2590．256】i0．24920．025嗣恥1991119．91719．953II20．007R3一R6的示意圖，葉片壓
6、力面出口端倒圓角R6，葉片前緣倒圓角R3，葉片吸力面出口端倒圓角R6，之間光滑過渡，這樣既能有效地降低葉片出口處的應(yīng)力，又能最大程度地減少對氣動的影響，在結(jié)構(gòu)強度和氣動性能之間找到一個很好的平衡點。2．優(yōu)化葉輪計算結(jié)果(1)超速轉(zhuǎn)速下葉輪應(yīng)力葉輪超速轉(zhuǎn)速下的Mises應(yīng)力云圖如圖4所示。o1()()OO(mnll—■———【二二二]5000圖4超速轉(zhuǎn)速下葉輪Mises應(yīng)力(2)正常轉(zhuǎn)速下葉輪應(yīng)力和變形葉輪正常轉(zhuǎn)速下的Mises應(yīng)力云圖和合位移云圖分別如圖5、圖6所示。oIOOOO(iYlm)—■——■■[二二=]5000圖5正常轉(zhuǎn)速下葉輪Mis
7、es應(yīng)力通用機械制造鋤631il癍蜊“詹ctureO10UUU(iYim)■■■———[二二二]50OO圖6正常轉(zhuǎn)速下葉輪合位移(3)優(yōu)化結(jié)果對比原模型和優(yōu)化模型的計算結(jié)果對比見表4。表4原模型與優(yōu)化模型計算結(jié)果對比瓢j疆liill：自重一鲴t一珊硼啊111■蠲}l虢重■圈躲朝l駐阻即置麓嗣圈■l弼圃。781．7894．1676．1最大應(yīng)力值／IVlPa1033．8葉片出口葉片出葉片出15根部口根部最大應(yīng)力位置根部0．726O．9210697最大合位移／mm0．960葉片進口頂部徑向0．0220．03000230．029位移／mm葉片出口頂部軸
8、向01930．245O．1850．256位移／mm20．025葉輪質(zhì)量／kg19．953本文總結(jié)了一種規(guī)律，在保證氣動性能不受影響的情況下，通過改變?nèi)~
