超速预加载对叶轮疲劳性能的影响

作者:王建男;姚玉花;杨树桦;肖忠会;关振群; 刊名:机械强度 上传者:金石声

【摘要】超速预加载是叶轮制造过程中的重要环节,它不仅仅是检验叶轮质量的手段,更是一种巧妙的工艺过程。通过建立叶轮的有限元模型并对超速预加载工艺过程进行模拟分析,以阐释其中的力学原理。首先对半开式叶轮进行弹塑性分析,结果表明,叶轮在经过超速预加载处理后会在高应力区产生残余应力,使得其在正常工况下的最大应力有所降低;随后利用FE-SAFE分别对半开式叶轮在启停和转速小幅波动两种工况下的疲劳寿命进行分析,通过对比有无超速预加载处理的结果得知,超速预加载处理会在很大程度上提升叶轮的疲劳寿命,甚至可以避免疲劳破坏的发生;最后,对多种荷载作用下的闭式叶轮进行了疲劳分析,结果显示超速预加载处理之后的闭式叶轮可以抵抗更大的交变气动载荷而不会出现疲劳破坏。

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较高,故寿命较低,Nf一般小于104。应变疲劳也称为引言低周疲劳[9]71。大型离心压缩机作为一种重要的能量转换装置,但是在实际的工程中,构件内部的应力分布往往它在机械、化工、能源等诸多重要行业都有着广泛的应是多样的,而且载荷的变化也是复杂的。若变幅荷载用,并已经成为了衡量一个国家制造业发展水平的标的幅值在材料的弹性与塑性范围内往复变化,此时的志性设备之一[1]。叶轮作为压缩机的核心部件,其可疲劳问题既包括应力疲劳又含有应变疲劳,因此可以靠性和耐久性直接影响到整个压缩机组的正常运转,把这类问题视为应力疲劳与应变疲劳耦合作用的混合甚至影响整个工业装备的安全。随着近年来科学技术疲劳问题。对于这样的问题则需统一以应变作为基本的发展,叶轮的分析设计取得了很大的进步,其工作性参数进行疲劳分析。能也已得到很大程度的提高,但是压缩机叶轮的疲劳1.2叶轮疲劳寿命评估方程破坏事故仍不可避免[2-3]。因此叶轮的疲劳破坏问题在模拟叶轮的超速预加载过程中,施加超速荷载成为影响离心压缩机可靠性的重要因素之一。时叶轮会有部分区域进入塑性,而之后的正常工作又在叶轮的制造过程中,一个重要的环节是超速预恢复到弹性范围内,因此可以视为混合疲劳的范畴,使加载。这不仅仅是一种对叶轮质量的检验手段,同时用应变作为疲劳控制参量更为恰当,故本文计算中均也是一种巧妙的工艺过程,蕴含着深刻的力学原理。采用应变-寿命曲线方程对叶轮进行疲劳寿命评估。长久以来,国内学者对于叶轮超速预加载的工艺机理已有一些成果。朱宝山等[4]通过对叶轮的一系列简化与假设,系统地给出了叶轮在弹塑性状态时的应力场、位移场及残余变形场的理论解;尹刚等[5]通过有限元法对超速预加载处理的分离机转鼓进行了残余应力及位移等分析,并在此基础上提出了一种新的超速自增强最佳超速条件;吴荣仁[6]叙述了增压器叶轮超速自增强技术的原理,并提出了最佳超速转速的确定图1材料应变-寿命曲线示意图方法;廖爱华[7]等对超速预加载制造时压气机的残余Fig.1Materialstrain-lifecurve变形进行了模拟分析,获得了超速转速与压气机的残余应变和残余应力之间的关系;同时廖爱华[8]该方程表述如下等也研'究了压气机叶轮的超速转速与接触应力和过盈值之间=f(2N2Ef)b+'f(2Nf)c(1)的关系。其中,b为强度因子,'f为疲劳强度系数,c为疲劳延综上所述,目前大多数研究都是对超速预加载进性指数,'f为疲劳延性系数,2Nf表示循环的次数,N行弹性或弹塑性分析。本文将基于应力与应变疲劳混f表示荷载往复次数[9]81-82[10-11]。合分析方法,对叶轮全寿命周期进行模拟分析,在还原同时,对于非对称循环载荷历程作用下的叶轮而叶轮超速预加载的工艺过程的同时,对多种不同工况言,其平均应力的修正尤为重要。实际的工程中对于下叶轮有无超速预加载处理的情况进行疲劳寿命评平均应力的修正有诸多方法,而针对于本文中的叶轮估,从疲劳寿命角度直观地说明超速预加载对叶轮整超速预加载过程的应变疲劳算法,可以采用Morrow修体性能的积极影响。正方法,其修正公式如下1叶轮疲劳分析理论('=f-m)(2N'2Ef)b+f(2Nf)c(2)1.1应力与应变混合疲劳问题式中,m为平均应力[9]83。一般按照作用的循环应力的大小,疲劳可以分为1.3Miner线性累积损伤理论应力疲劳和应变疲劳。若最大循环应力Smax小于屈服若构件在某应力水平S作用下,循环至破坏的寿应力Sy,则称为应力疲劳;因为作用的循环应力水平命为N,则可定义其在经受n次循环时的损伤为D=较低,寿命循环次数

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