半开式叶轮强度分析与结构优化
基于hyperMILL的半开式整体叶轮五轴数控编程与加工技术_赵文明
2
刀具选择
3． 2
整体叶轮加工工序以及加工参数确定
选择合适的刀具材料和刀具类型不仅可以保证加 而且能够满足零件的加工质量。 刀具的选择 工效率， 需要充分考虑整体叶轮的形状、 材料等各个方面的因 素。整体叶轮铣削加工刀具的选取可遵循以下原则： ①粗加工时， 在流道尺寸允许的情况下尽可能采用大 直径刀具， 以提高加工效率； ②在满足叶片高度的情况 为保证刀具有足够的刚度， 其悬伸长度应尽可能 下，
图3 图2 半开式整体叶轮模型
hyperMILL 数控编程及加工过程
整体叶轮结构复杂， 其数控编程和加工的难点主 要体现在： ①相邻叶片间的距离较小， 加工时易产生干 涉， 生成无干涉的刀具轨迹较困难； ② 叶片厚度小， 在 精加工过程中会出现加工变形和振动等问题， 使叶片 表面的加工质量降低； ③叶片的扭曲度较大， 使刀具轴 ［ 89 ］ 。 线矢量的计算复杂
基于 hyperMILL 的半开式整体叶轮五轴 * 数控编程与加工技术
赵文明， 庄 鹏， 鞠岗岗， 刘战强
（ 山东大学 机械工程学院 高效洁净机械制造教育部重点实验室 ， 济南 250061 ） 摘要： 整体叶轮是航空发动机和各类透平机械的关键零部件 。 针对整体叶轮因结构复杂而导致数控 编程和加工难度大的特点， 首先， 以半开式整体叶轮为例， 在 hyperMILL 软件中进行五轴数控编程。 然后， 编程得到的刀具轨迹经过内部机床仿真验证 ， 利用后处理器将刀位 （ CL） 文件转换成机床可识 别的 NC 加工代码。最后， 在 DMU － 70V 五轴加工中心上对 Al7050 铝合金整体叶轮进行加工。加工 过程中没有出现干涉、 过切、 欠切等问题。结果表明 hyperMILL 可以简化编程的过程， 提高编程和加 工的效率， 为其它同类复杂零件的编程加工提供了依据 。 关键词： 整体叶轮； 数控编程； 五轴加工； hyperMILL 中图分类号： TH164 ； TG659 文献标识码： A
半开式离心叶轮气动阻尼的影响规律研究
半开式离心叶轮气动阻尼的影响规律研究*陈旭东1杨树华2王晓放1刘海涛1（1.大连理工大学能源与动力学院；2.沈阳鼓风机集团股份有限公司）摘要：离心压缩机半开式叶轮的阻尼是影响叶轮振动应力水平的重要因素，主要包括材料阻尼和气动阻尼。
其中，气动阻尼的准确计算是叶轮动应力分析的前提。
本文通过流固弱耦合方法研究了压缩机运行工况以及叶片振幅对气动阻尼的影响，并对影响规律进行了理论分析。
研究结果表明，进口温度一定时，叶片气动阻尼比随进口流量的增大而增大；进口质量流量一定时，气动阻尼比随进口温度的减小而增大；对同一工况，气动阻尼比基本与振幅无关。
研究结果对叶轮结构在实际运行工况条件下的强度校核具有重要的参考意义。
关键词：半开式离心叶轮；气动阻尼；运行工况；流固弱耦合；傅里叶变换；模态分析中图分类号：TH452；TK05文章编号：1006-8155-(2021)01-0012-07文献标志码：A DOI：10.16492/j.fjjs.2021.01.0002Influence Rule of Aerodynamic Damping of Semi-openCentrifugal ImpellersXu-dong Chen1Shu-hua Yang2Xiao-fang Wang1Hai-tao Liu1(1.School of Energy and Power Engineering，Dalian University of Technology；2.Shenyang Blower Works Group Corporation)Abstract：The damping of impeller is an important factor affecting the dynamic stress level of the impeller which include material dampings and aerodynamic dampings.Aerodynamic damping prediction is crucial for the dynamic stress estimation of impeller.Therefore,the aerodynamic damping of a semi-open centrifugal impeller at different operational conditions and vibration amplitudes is studied by weakly fluid-structure coupled method in this paper.The results indicate that the aerodynamic damping ratio increases with the mass flow rate increascing at a certain inlet temperature,the aerodynamic damping ratio increase with the temperature decreasing at a certain inlet mass flow rate.Nevertheless,for a given operational condition,the aerodynamic damping is nearly independent of the vibration amplitude of the blade.The result would be valuable to the strength check of the impeller structure at practical operational condition.Keywords：Semi-open Centrifugal Impellers;Aerodynamic Damping;Operation Conditions;Weakly Fluid-structure Coupled Method;Fourier Transformation Method;Modal Analysis*基金项目：辽宁重大装备制造协同创新中心，辽宁省科技创新重大专项（2019JHI/10100024）；工信部海洋公益性专项（Z135060009002）；中央高校基本科研业务费（DUT19RC（3）070）.Chinese Journal of Turbomachinery Vol.63，2021,No.10引言高压比、大流量、高效率、宽运行工况是离心压缩机设计的发展趋势[1]。
燃气轮机涡轮叶片结构的优化设计与强度分析
燃气轮机涡轮叶片结构的优化设计与强度分析引言燃气轮机是现代工业中广泛使用的一种能源转换装置，其核心部件是涡轮叶片。
涡轮叶片的优化设计和强度分析对于提高燃气轮机的性能和安全性至关重要。
本文将探讨燃气轮机涡轮叶片结构的优化设计方法以及强度分析技术。
涡轮叶片结构优化设计在涡轮叶片结构的优化设计中，需要考虑的因素有很多，包括气动性能、材料强度和制造成本等。
其中，气动性能是最为关键的因素之一。
通过优化叶片的几何形状和叶片间距，可以改善叶片的流体动力学性能，提高燃气轮机的效率和功率输出。
同时，也需要考虑叶片的结构强度，以确保叶片在高速旋转的工作条件下不会发生破裂或失效。
为了实现涡轮叶片结构的优化设计，可以采用数值模拟和实验验证相结合的方法。
数值模拟可以通过计算流体力学（CFD）分析，预测叶片的气动性能。
在此基础上，可以使用优化算法对叶片的几何形状进行修改，以达到所需的气动性能指标。
同时，为了验证数值模拟结果的准确性，还需要进行实验验证。
实验可以通过风洞试验或实际燃气轮机测试来进行，以验证优化设计后的叶片在实际工况下的性能表现。
强度分析技术涡轮叶片在高速旋转的工作条件下，承受着巨大的离心力和气动载荷。
为了保证叶片的结构强度和安全性，需要进行强度分析。
传统的强度分析方法主要包括有限元分析（FEA）和应力试验。
有限元分析是一种数值计算方法，可以通过将叶片划分为许多小的有限元单元，在每个有限元内计算叶片的受力情况。
通过对有限元分析的结果进行评价，可以确定叶片在不同工况下的强度和变形情况。
然而，由于叶片结构的复杂性，有限元分析可能需要处理大量的网格单元，导致计算时间较长。
为了验证有限元分析的结果，应力试验是不可或缺的。
应力试验可以通过加载已制备好的叶片样品，测量叶片的变形和应力，从而判断叶片的强度是否满足设计要求。
然而，应力试验具有局限性，例如样品数量有限，无法考虑到叶片的实际工作环境等。
结语燃气轮机涡轮叶片结构的优化设计和强度分析对于提高燃气轮机的性能和安全性具有重要作用。
离心半开式叶轮
离心半开式叶轮离心半开式叶轮是一种常见的工程机械中使用的重要部件，其正常运转对于保证设备的高效稳定运行至关重要。
本文将从结构特点、工作原理、常见故障及维护保养等方面进行介绍，以期为读者提供一些有价值的指导和参考。
离心半开式叶轮的结构特点主要体现在两个方面：叶轮的形状和叶轮与轴之间的连接方式。
半开式叶轮的设计使其叶片呈半开放状，即叶片的两侧相对打开，这样有利于提高流体的进出口能力，从而提高设备的工作效率。
同时，叶轮与轴之间采用键连接，这种连接方式使叶轮与轴能够牢固结合，并且在运行过程中不易出现磨损和松动。
在工作原理方面，离心半开式叶轮利用离心力的作用将液体或气体从中心向外排出。
当叶轮旋转时，液体或气体被吸入叶轮中心，并在离心力的作用下被迅速排出，从而产生一定的压力和流量。
这种工作原理使得离心半开式叶轮特别适用于一些需要输送大量液体或气体的工程机械中，如水泵、风机等。
然而，离心半开式叶轮在使用过程中也会遇到一些常见故障，比如叶片损坏、轴与叶轮键连接松动等。
为了确保设备的正常运行，需要及时对这些故障进行修复和维护。
叶片损坏可以通过更换叶片来解决，轴与叶轮键连接松动可以通过重新固定或更换键来解决。
此外，定期进行检查和保养工作也是非常重要的，包括清洁叶轮表面、润滑轴与叶轮连接部分等，这样可以延长叶轮的使用寿命，并减少故障的发生。
综上所述，离心半开式叶轮作为工程机械中常见的重要部件，其结构特点和工作原理使其在液体或气体输送方面具有优越的性能。
然而，在使用过程中需要注意常见故障的修复和维护工作，以保证设备的正常运行和延长叶轮的使用寿命。
希望本文能为读者提供一些有价值的指导和参考，使其对离心半开式叶轮有更深入的了解。
离心半开式叶轮
离心半开式叶轮简介离心半开式叶轮是一种常见的离心泵叶轮结构，广泛应用于工业领域中的水泵、风机等设备中。
它的设计结构独特，具有较高的效率和可靠性，能够满足各种工况要求。
本文将对离心半开式叶轮的原理、结构、工作特点以及应用进行详细介绍。
原理离心半开式叶轮是一种通过离心力将液体或气体从中心向外部排出的装置。
其工作原理基于离心力的作用，通过高速旋转的叶片将流体带入叶轮的中心，然后受到叶轮的离心力作用，流体被推到叶轮的外缘，最终排出。
结构离心半开式叶轮由以下几个主要部分组成：1.叶片：叶片是离心半开式叶轮的核心部分，它们通过固定在轮盘上的叶片座将叶片连接在一起。
2.轮盘：轮盘是叶轮的外壳，起到支撑叶片和导向流体的作用。
3.轴承：轴承用于支撑叶轮的旋转，确保叶轮能够平稳运行。
4.输液管道：输液管道用于将流体引入和排出叶轮。
工作特点离心半开式叶轮具有以下几个显著的工作特点：1.高效率：离心半开式叶轮由于采用了半开式结构，具有较高的效率。
流体在叶轮中的流动路径相对较短，能够减少能量损失，提高泵的效率。
2.适应性强：离心半开式叶轮能够适应不同的工况要求，具有较宽的工作范围。
它能够处理不同粘度、温度和浓度的流体，适用于各种工业领域。
3.结构简单：离心半开式叶轮的结构相对简单，易于制造和维修。
叶片和轮盘的连接方式简单可靠，方便更换和维护。
应用离心半开式叶轮广泛应用于各个领域，包括但不限于以下几个方面：1.水泵：离心半开式叶轮是水泵中常见的叶轮结构，用于将水从低处抽升到高处，广泛应用于给排水系统、农田灌溉等领域。
2.风机：离心半开式叶轮也被用于风机中，通过叶轮的旋转将空气吸入并排出，用于通风、空调系统等。
3.石油化工：离心半开式叶轮在石油化工中也有广泛的应用，用于输送原油、石油产品等。
总结离心半开式叶轮是一种常见的离心泵叶轮结构，具有高效率、适应性强、结构简单等特点，广泛应用于各个领域。
它通过离心力将流体从中心向外部排出，能够处理不同工况要求。
浅谈冲压焊接半开式叶轮离心泵的改进技术
性更好 。
２ 产品效益
冲压焊接 半开式 叶轮离心泵是一种需求大 、 应用广 的通 用
机械 。 据 国家统计局的统计数据表明： 全国水泵年 需求量约 ５ ０ ０
万 台， 年进 口量 约 １ ０万台， 且这些数字每年都 以 １ ０ ％的速度递
增 。小流量 、高扬程的低 比转速 离心泵年需求量在 ５ Ｏ万台 以
同时， Ｉ Ｉ ｔ 式 的离心泵泵体 ， 由于采用梯形断面周壁 ， 泵的水 力效率并没有达 到最优化 ， 强度和钢度 也存在一 些缺陷 ， 使用
寿命 短 ， 加 工成 本 高 。 本改进的冲压焊接半开式叶轮离心泵 ， 其 轴 向的断面周壁
为一直线和与直线两端相切 的圆弧段组成。其径 向端面 周壁 为 螺旋式周壁， 螺旋线 由多段不同半径的圆弧组成 。综合考虑 加 工与性能的影响 ， 采用八段 圆弧 ， 每 段圆弧弧度 为 ， ＇ ｎ － ／ ４ 。这种 工
Ｉ Ｉ 装备制造
浅谈 冲压焊接半开式 叶轮离心泵的改进技术广东阳江 ５ ２ ９ ５ ０ ０ ）
摘 要： 本项 目是结合 阳江市 新力工业 有限公司在 冲压焊接 离心泵制造 中的生产实际 ， 针对 目前离心 泵叶轮入 １ ２ １ 处 的密封 问题、 泵内 流体流动 问题 ， 离心泵加工制造 问题 ， 改进离心叶片与泵体 结构 ， 开发 出一种冲压焊接半开式叶轮离心泵 ， 并 实施产业化生产。 关键词 ： 冲压焊接 ： 半开式； 离心泵
基于单向流固耦合的叶轮强度和振动研究
基于单向流固耦合的叶轮强度和振动研究杜子学;韩山河;刘雅黔;查雷【摘要】为了获得某带分流叶片的离心式压气机叶轮更为真实详细的应力状态,建立三维实体模型;采用流体动力学和有限元方法,对其进行单向流固耦合分析,构建叶轮单通道三维流场模型和结构有限元模型;利用软件之间的接口,实现了流场与结构场之间的压力数据传递,获得离心力和气动力共同作用时的叶轮最大应力和应变的分布,进而完成叶轮静强度的分析计算,并验证了叶轮强度的可靠性;利用静力结果进行模态分析,分析了转速对固有频率的影响,得到在常用转速下的共振点.【期刊名称】《重庆交通大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(033)002【总页数】4页(P142-145)【关键词】车辆工程;离心式压气机;流固耦合;应力;模态分析;共振【作者】杜子学;韩山河;刘雅黔;查雷【作者单位】重庆交通大学机电与汽车工程学院,重庆400074;重庆交通大学机电与汽车工程学院,重庆400074;重庆德蚨乐机械制造有限公司,重庆401122;重庆交通大学机电与汽车工程学院,重庆400074【正文语种】中文【中图分类】U464.332;TK421.80 引言在压气机整个通道中，叶轮是唯一对流体做功的部件，它将同轴连接的涡轮提供的机械能转化为流体的压力能和动能，所以在压气机正常工作时，叶轮的受力非常复杂，除了受离心力、气动力和热应力外，还受到振动交变负荷的影响。
在离心压气机中，叶轮设计的好坏对压气机的性能起着决定性作用，但随着增压器压比和转速的不断提高，叶轮机械负荷增加，寿命要求更长，成本要求更低，这就使得以结构优化为目的的结构分析变得更为重要[1]。
叶轮在流动的气流场中，流体对叶轮的工作性能产生一定的影响，结构的扰动反过来影响流场，从而形成一个流固耦合模型[2]。
通过单向流固耦合分析，在一定程度上可得到更为准确的强度和振动数据，叶轮的强度分析的目的是计算叶轮在工作载荷下的变形、应力分布及最大应力的大小[3]，以验证叶轮结构是否可靠，为压气机的设计提供依据。
水泵叶轮结构改进措施
水泵叶轮结构改进措施引言水泵是一种常见的机械设备，用于输送液体或将液体压力提高。
水泵的叶轮是其中的关键部件，在水泵工作过程中起着重要的作用。
本文将针对水泵叶轮结构进行改进措施的研究和讨论。
问题阐述水泵叶轮结构的改进是为了提高水泵的工作效率和减少能源消耗。
目前的水泵叶轮结构存在一些问题，如流量损失、能耗过高、易堵塞等。
因此，如何改进水泵叶轮结构，成为一个值得研究的问题。
改进措施一：优化叶轮叶片形状水泵叶轮的叶片形状对水泵的性能有着直接的影响。
通过优化叶轮叶片形状，可以减小流动阻力，提高水泵的效率。
常见的改进措施有以下几点： - 采用适当的叶片弯曲形状，减小了流体在叶片上的压降，降低了能量损失； - 在叶片上设置流道，可以引导水流，增大叶轮的进口面积，提高水泵的吸水能力； - 采用双吸或多级叶轮设计，可进一步提高水泵的扬程和流量。
改进措施二：增加叶轮叶片数量叶轮叶片的数量对水泵的性能也有着重要的影响。
增加叶轮叶片的数量可以：- 提高水泵的吸水能力，减小了流体的进口阻力； - 增大了叶轮的工作面积，提高了水泵的扬程。
但需要注意的是，叶轮叶片数量增加过多也会带来一些问题，如水泵的结构变得复杂，制造和维修难度增加，同时也会增加水泵的轴功率。
改进措施三：改变叶轮材料叶轮材料的选择对水泵的工作效果和寿命有着重要的影响。
一些常见的改进措施包括： - 采用耐磨材料制造叶轮，可以减少磨损，延长叶轮的使用寿命； - 选用耐腐蚀材料制造叶轮，可以抵御腐蚀性液体的侵蚀，提高水泵的稳定性和可靠性。
结论本文对水泵叶轮结构改进措施进行了研究和讨论。
通过优化叶轮叶片形状、增加叶轮叶片数量和改变叶轮材料，可以提高水泵的工作效率和减少能源消耗，进一步提高水泵的性能。
但需要注意的是，在实际应用中，改进措施需要根据具体情况进行选择和优化，以满足不同需求。
参考文献•Smith, C. R., & Hall, D. M. (2010). Improving pump efficiency.Mechanical Engineering, 132(3), 26-29.•Guo, Z., Chen, Y., & Zhu, S. (2017). Research on the Optimization Design Method of the Heavy Oil Centrifugal Pump Impeller. In AdvancedMaterials Research (Vol. 853, pp. 395-399). Trans Tech Publications Ltd.•Xu, J., Ji, B., Xu, X., & Guo, L. (2019). Optimization on impeller geometry of centrifugal pump based on double-objective genetic algorithm. Engineering Optimization, 1-15.。
叶轮设计结构
叶轮设计结构叶轮是泵的核心部件，其设计结构对泵的性能和效率有着重要影响。
根据不同的分类方式，叶轮的设计结构也有所不同。
按照流道形式，叶轮可以分为闭式、半开式和开式三种类型。
1. 闭式叶轮：由叶片与前、后盖板组成。
闭式叶轮的效率较高，制造难度较大，在离心泵中应用最多。
2. 半开式叶轮：一般有两种结构，其一为前半开式，由后盖板与叶片组成，此结构叶轮效率较低，为提高效率需配用可调间隙的密封环；另一种为后半开式，由前盖板与叶片组成，由于可应用与闭式叶轮相同的密封环，效率与闭式叶轮基本相同，且叶片除输送液体外，还具有（背叶片或副叶轮的）密封作用。
半开式叶轮适于输送含有固体颗粒、纤维等悬浮物的液体。
半开式叶轮制造难度较小，成本较低，且适应性强，在炼油化工用离心泵中应用逐渐增多，并用于输送清水和近似清水的液体。
3. 开式叶轮：只有叶片及叶片加强筋，无前后盖板的叶轮（开式叶轮叶片数较少2-5 片)。
叶轮效率低,应用较少，主要用于输送黏度较高的液体，以及浆状液体。
按照叶片的形状，叶轮可以分为单曲率叶片和双曲率叶片两种类型。
1. 单曲率叶片：也称圆柱叶片，这种叶片的表面是单向弯曲的，因圆柱表面是单向弯曲的面，所以称为圆柱叶片。
2. 双曲率叶片：叶片表面是双向弯曲的面，即空间曲面，又称扭曲叶片。
为了完整而清楚地表示叶轮的几何形状，现引入两个辅助面：平面和轴面。
平面是垂直抽线的平面，轴面是过轴心线的平面，轴面和平面都可以作任意多个。
水力机械的过流部分采用相应的平面和轴面投影来表示。
平面投影和一般机械制图的侧视图相同，在平面投影图上，反映径向和圆周方位的形状。
叶轮的平面投影可以从叶轮前面或后面（包括去掉相应的盖板）去投视。
至于叶片的弯曲情况，要借助平面投影看出。
此外，在叶轮的设计过程中，还需要考虑叶轮的直径、转速、叶片数、包角等参数。
这些参数的选择和优化对于叶轮的性能和效率也有着至关重要的影响。
总的来说，叶轮设计结构是一个复杂的过程，需要综合考虑多种因素。
水泵叶轮种类
水泵叶轮种类
水泵叶轮是水泵的重要组成部分，它的种类与选用直接影响着水泵的性能和使用效果。
根据叶轮的形状和结构特点，水泵叶轮可以分为以下几种类型：
1. 开式叶轮：叶片开放，中心孔与轴线平行，适用于输送含有杂质或纤维的液体。
2. 半开式叶轮：叶片结构介于开式叶轮和闭式叶轮之间，适用于输送特殊介质。
3. 闭式叶轮：叶片封闭，中心孔与轴线垂直，适用于输送干净的液体。
4. 潜水式叶轮：叶轮与电机同体设计，主要用于潜水泵和深井泵等场合。
5. 转子式叶轮：叶片固定在转子上，通过转子的旋转带动水流动，适用于高速水泵。
6. 蜗壳式叶轮：叶片和蜗壳紧密结合，能够使水流动势更加稳定，适用于低速水泵。
选用水泵叶轮时，需要根据具体使用场合和液体特性进行选择，以达到最佳的水泵效果。
- 1 -。
叶轮开式和闭式比较
1.开式叶轮：有轮毂和径向叶片组成。
在叶轮上，叶片槽道两个侧面都是敞开的，气体通道是由叶片槽道和与叶轮前后有一定间隙的机壳内壁形成的。
这种通道对气体流动不利，气体流动损失很大，此外，在叶轮和机壳之间引起的磨擦鼓风损失也大，这种叶轮的效率低。
2.半开式叶轮：和开式叶轮不同，叶片槽道一侧被轮盘封闭，另一侧敞开，减少了流动损失。
但由于叶轮侧面间隙很大，有一部分气体从叶轮出口倒流回进口，内漏损失也大，效率也不大。
3.闭式叶轮：由轮盘、叶片和轮盖组成。
这种叶轮对气体流动有利，轮盖上装有气体密封减少了内漏损失，因此效率比前两种叶轮高。
另外，叶轮和机壳侧面间隙也不像半开式叶轮那样要求严格，可以适当放大，检修时拆装方便
叶轮有闭式叶轮、半开式叶轮和开式叶轮三种基本结构形式。
前后带有盖板的闭式叶轮，可以改善液体流动情况，提高泵的效率，适用于输送清净液体，一般离心清水泵都采用此种。
半开式或开式叶轮由于前后盖板不全或没有，所以叶轮不易堵塞，但效率较低，多用于杂质泵等。
对于离心泵来说，理论上开式叶轮由于少了两处圆盘损失，效率应该比闭式叶轮的要高些。
但在实际生产中，由于开式叶轮和半开式叶轮的加工精度往往难以保证，因此一般开式叶轮的效率比闭式叶轮的低，并且装配水平对于其性能影响较大。
开式叶轮和半开式叶轮由于无前盖板，易于清理，适用于含固体颗粒、纤维、悬浮物、易结晶、易凝固的液体。
没有必要用开式和半开式叶轮的工况，还是用闭式叶轮比较好。
半开式离心叶轮与扩压器间流动模态提取与分析
半开式离心叶轮与扩压器间流动模态提取与分析邵昱昌;王彤【摘要】考虑到半开式离心叶轮叶顶间隙流动对离心压缩机流动稳定性的影响,本文采用动态模式分解的方法对比了离心叶轮和无叶扩压器分别在设计工况和近失速工况下的流动结构及其频率信息.结果表明:叶轮出口附近的叶顶间隙流动对无叶扩压器中流动有显著影响,无叶扩压器中出现了和叶顶泄漏流流动相关的涡结构.随着流量的减小,叶顶间隙流动进一步影响无叶扩压器内部流动,涡结构频率变高,径向直径减小并向动静交界面移动,同时靠近盘侧的流场出现不稳定流动趋势.【期刊名称】《风机技术》【年(卷),期】2017(059)004【总页数】7页(P1-7)【关键词】离心式压缩机;叶顶间隙;无叶扩压器;动态模式分解【作者】邵昱昌;王彤【作者单位】上海交通大学机械与动力工程学院;上海交通大学机械与动力工程学院【正文语种】中文【中图分类】TH452;TK05与闭式叶轮相比，半开式叶轮极限圆周速度大，单级压比高的优点而受到广泛的青睐。
随着机械装置向轻量化、高负荷发展，其应用范围正在不断拓展。
对于半开式离心叶轮，虽然可以降低应力提高转速，而叶顶间隙的存在，不可避免地产生叶顶泄漏流动。
叶顶泄漏流和叶片通道的二次流相互作用，进一步和主流相互掺混，导致了叶轮和扩压器中复杂的流场结构。
Senoo和Ishida[1-2]在上世纪八十年代研究了叶顶间隙对压缩机效率和压升损失的影响，结果表明叶顶间隙大小是影响间隙损失的重要因素之一。
2008年Schleer和Abhari[3]指出叶轮出口的流动结构和叶顶间隙处的流体流动密切相关。
国内刘长胜[4]、吴海燕[5]等人研究了叶顶间隙对离心式压缩机气动性能的影响。
2007年楚武利[6]采用数值模拟方法研究了不同的叶顶间隙对流场的影响，结果表明泄漏流动和通道涡的相互作用严重影响了通道中的流场分布。
2012年刘正先[7]通过对半开式离心叶轮几种不同间隙结构下流动参数进行分析，指出叶顶间隙流主要对流道后半段的主流产生影响，叶片吸力面形成涡流聚集区，造成能量损失。
离心泵叶轮的类型及选用原则
离心泵叶轮的类型及选用原则
离心泵叶轮的类型主要有以下几种：
1. 开式叶轮：开式叶轮叶片形状呈铜鼓状，并允许一定程度的进气，适用于处理含有气体和颗粒物的液体。
2. 半开式叶轮：半开式叶轮只在一侧开放，适用于处理比较干净的液体，通过进气孔进入口侧的气泡和颗粒物可随液体一起排出。
3. 封闭式叶轮：封闭式叶轮叶片形状完全封闭，适用于处理干净的液体，无法处理含气体和颗粒物的液体。
选用离心泵叶轮的原则主要有以下几点：
1. 流量需求：根据实际的流量需求来选择叶轮类型，包括开式叶轮、半开式叶轮和封闭式叶轮。
2. 转速要求：根据泵的使用条件和工作参数，选择合适的叶轮类型和转速。
3. 泵腔设计：根据泵腔的设计和要求，选择叶轮类型，包括进出口口径和形状。
4. 工作介质：根据工作介质的性质和要求，选择适合的叶轮材料和叶轮类型。
5. 节能效果：选择具有良好节能效果的叶轮类型，以提高泵的效率和降低能耗。
6. 维护和维修性能：选择具有良好维护和维修性能的叶轮类型，以方便日常维护和故障排除。
以上是一些选用离心泵叶轮的原则，根据具体的应用情况和需求，选择合适的叶轮类型会更加有效和经济。
大型离心压缩机叶轮的结构优化设计
大型离心压缩机叶轮的结构优化设计大型离心压缩机是工业生产中常见的设备之一，其性能优劣直接关系到整个生产系统的稳定运行。
而叶轮作为离心压缩机的核心部件之一，其结构设计的优化对于提高压缩机的效率和性能至关重要。
在工程实践中，通过对叶轮结构进行优化设计，可以有效提高离心压缩机的工作效率、减少能源消耗，同时提高设备的使用寿命，减少维护成本，为工业生产带来巨大的经济效益和社会效益。
一、离心压缩机叶轮的工作原理离心压缩机叶轮是将气体或气液混合物转化为高压气体的重要部件，其工作原理是利用叶轮的高速旋转产生的离心力将气体压缩并向出口处排出，在这个过程中叶轮的结构设计直接影响到离心压缩机的压缩效率。
传统的离心压缩机叶轮结构通常为开式叶片叶轮，其设计简单，制造成本低廉，出现早，但由于叶片间隙大、气体泄漏严重、流线型差等问题，其性能表现不尽如人意。
因此，对离心压缩机叶轮的结构进行优化设计成为提高压缩机性能的重要途径。
二、叶轮结构的优化设计1.叶片形状优化通过优化叶片的形状可以改善叶轮的气动性能，进而提高离心压缩机的效率。
通常情况下，采用弯曲叶片可以减小叶片间隙，提高气体的密封性；同时在叶片的内表面采用流线形设计，减少气流的阻力，降低能量损失。
叶片的端部设计也是一个重要的考虑因素，合理的端部设计可以降低流体的离心力，减小叶轮的振动，延长叶轮的使用寿命。
2.叶轮结构材料选择叶轮的结构材料选择直接影响到其承受高速旋转、高温高压等恶劣工况下的稳定性和可靠性。
一般情况下，叶轮的结构材料需要具备较高的强度、韧性和耐腐蚀性，常用的叶轮材料有铝合金、不锈钢等。
在叶轮的设计过程中，需要根据叶轮所处的工作环境、受力状况等因素选择合适的材料，以确保叶轮能够稳定可靠地工作。
3.减小叶轮的惯性力叶轮在高速旋转时会受到惯性力的影响，这会导致叶轮的振动增大、疲劳损伤加剧。
因此，在叶轮的设计中，需要尽量减小叶轮的惯性力，以减少振动、延长叶轮的使用寿命。
叶顶间隙对离心泵性能影响的数值模拟研究
基金项目:自然科学基金(50506026)与西北工业大学基础研究基金(W018101)收稿日期:2007-11-20 修回日期:2007-11-27 第25卷 第12期计 算 机 仿 真2008年12月 文章编号:1006-9348(2008)12-0230-05叶顶间隙对离心泵性能影响的数值模拟研究李 强,楚武利,吴艳辉,高 鹏(西北工业大学动力能源学院,陕西西安710072)摘要:离心泵的几何结构复杂,所以其内部流场也极其复杂并呈强烈的三维紊流特性,由于目前的理论水平和实验手段的限制,只能依靠精确的计算机仿真,才能获得其内部流场的详细情况,以便进行设计和优化。
为了研究叶顶间隙对叶轮内部流场及性能的影响,对闭式离心泵叶轮和有间隙的半开式离心泵叶轮共同进行了计算机仿真。
在所得计算结果基础上详细对比分析了离心泵内部流场的特性,捕捉到了叶轮通道内部的二次流现象。
结果表明:随着叶顶间隙增大,叶顶间隙泄漏流动会使叶轮性能下降,二次流强度增加。
从而说明计算机数值模拟方法,可以弥补实验方法的不足,用来研究叶顶间隙流动的影响,为离心泵的水力设计和优化提供依据。
关键词:离心泵;叶轮;计算机仿真;泄漏流动;二次流中图分类号:V23113 文献标识码:ANu m er i ca l S im ul a ti on of the I nfluenceof T i p C learance on Cen tr i fuga l Pu m p Im pellerL IQ iang,CHU W u -li,WU Yan -hui,G AO Peng(North western Polytechnical University,Xi πan Shanxi 710072,China )ABSTRACT:The geometrical structure of centrifugal pu mp is very comp licated,s o the inner fl ow field is not only very comp licated but als o has str ong 3-D and turbulence characteristics .Owing t o the li m itati on of theory and exper 2i m ent technol ogy,at p resent the only way t o gain the right and detailed inner fl ow -field of centrifugal pu mp is t o use co mputer si m ulati on method .I n this paper,t o reaserch the influence of ti p clearance in fl ow field,t w o centrifugal i m 2pellers with ti p clearance and without ti p clearance are both investigated by computer si m ulati on .Based on the result,the paper contrasts the characters of inner fl ow field in t w o i m pellers and cap tures the secondary fl ow in passage .It is concluded that with the clearance increase,the leakage fl ow makes the perfor mance worse and strengthens the sec 2ondary fl ow .Accordingly,the computer si m ulati on can re medy the deficiency of experi m ent and research the influ 2ence of leakage fl ow and offer advice for design and op ti m izati on of centrifugal pu mp i m pellers .KE YWO R D S:Centrifugal pu mp;I m peller;Computer si m ulati on;Leakage fl ow;Secondary fl ow1 引言离心泵是一种应用十分广泛的通用水力机械,已广泛应用到石油、化工、航空航天、车辆工程等领域。
立式离心泵闭式开式半开式的叶轮介绍
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立式离心泵闭式开式半开式的叶轮介绍
叶轮是立式离心泵的做功零件，依靠它高速旋转对液体做功而实现液体的输送，是立式离心泵的重要零件之一。
立式离心泵叶轮的区别：
（1）叶轮的分类叶轮一般由轮毂、叶片和盖板三部分组成。
叶轮的盖板有前盖板和后盖板之分，叶轮入口侧的盖板称为前盖板，另一侧的盖板称为后盖板。
按结构形式，叶轮可分为以下三种。
（1）开式叶轮叶轮两侧均没有盖板，叶片通过筋板连接在轮毂上，如图2-20 （b）所示。
这种叶轮结构简单，制造容易，但效率低，适用输送含较多固体悬浮物或带纤维的液体。
（2）闭式叶轮叶轮的两侧均有盖板，盖板间有4～6个叶片。
当叶片弯曲方向与叶轮旋转方向相反时，称为盾弯式叶片。
这种闭式叶轮效率较高，应用最广，适用于输送不含固体颗粒及纤维的清洁液体。
闭式叶轮有单吸和双吸两种类型。
双吸叶轮比单吸叶轮输液量大。
（3）半开式叶轮这种叶轮只有后盖板。
它适用于输送易于沉淀或含固体悬浮物的液体，其效率介于开式和闭式叶轮之间。
按叶轮的形状及液体在叶轮内流动方向的不同，叶轮可分为径流式、轴流式和混流式，液体沿轴向进入叶轮，沿径向从叶轮流出。
液体获得的能量主要来源于叶轮旋转时产生的离心力。
轴流式叶轮应用在轴流泵中，液体轴向通过叶轮，液体获得的能量主要来源于叶轮旋转时产生的升力（即推力）。
混流式叶轮应用在混流泵中，液体沿轴向进入叶轮，而沿轴向与移径向之间的某方向流出，依靠离心力和轴向推力的混合作用输送液体．。
PTA装置汽提塔循环泵故障分析与优化
PTA装置汽提塔循环泵故障分析与优化摘要：在PTA装置中汽提塔循环泵为溶剂汽提单元物料循环提供动力，是PTA装置氧化母液处理系统中的重要设备之一。
本文通过对进口离心泵运行工况及性能方面进行分析，找出缺陷产生的主要原因。
针对分析结果对离心泵水力部件进行结构优化和材质升级。
经实际运行结果表明，汽提塔循环泵改进后能够提高泵的效率和延长泵的使用寿命。
关键词：PTA；汽提塔循环泵；叶轮；腐蚀1工艺流程与设备基本情况1.1PTA装置氧化母液回收单元工艺流程氧化母液溶剂回收单元是氧化单元的重要组成部分，主要有溶剂汽提塔、汽提塔循环泵、汽提塔再沸器等设备。
溶剂汽提塔将大部分醋酸/水溶剂作为蒸汽从非挥发组分中去除。
蒸发用热源由中压蒸汽通过汽提塔再沸器提供，并用汽提循环泵维持来自溶剂汽提塔的浆料在汽提塔再沸器之间循环。
另一小股来自溶剂汽提塔的残渣被送入残渣蒸发器。
1.2汽提塔循环泵基本参数（1）汽提塔循环泵为单级单吸式离心泵，泵的性能参数为：表1 泵性能参数（2）泵的主要部件材质：表2 主要材质（3）汽提塔循环泵主要结构：叶轮采用半开式叶轮结构，叶轮无前盖板，耐磨板与泵体相联接，通过泵体上的螺钉可调节耐磨板的轴向位置，保证与叶片的间隙在一定范围内。
此泵无备用泵，当循环泵故障时，需先对系统进行碱洗，与主装置切断，再对循环泵进行检修。
（4）汽提塔循环泵运行情况：汽提塔循环泵输送的介质为较为粘稠且含有15%（w/w）固体的母液残液。
同时，PX氧化反应是以醋酸为溶剂，氢溴酸为促进剂（氢溴酸以离子溴的形态存在），因此系统酸性腐蚀较严重。
1.3汽提塔循环泵在运行中存在问题：(1)循环泵运行时，在泵出口管道测量的压力未能达到设定值；(2)泵出口阀不能全开，开度在2/3左右，开度增大时泵与管道出现剧烈振动；(3)循环泵运行时，实际功率偏离设计功率，过大扭矩造成泵轴头的开裂；(4)循环泵运行一段时间后叶轮与泵体腐蚀加剧，性能大幅下降，远低于设计效率。
闭式叶轮与半开式叶轮的优缺点
闭式叶轮与半开式叶轮的优缺点⼭东锦⼯有限公司是⼀家专业⽣产罗茨风机、罗茨⿎风机等机械设备公司，位于有“铁匠之乡”之称的⼭东省章丘市相公镇，近年来，锦⼯致⼒于新产品的研发，新产品双油箱罗茨⿎风机、⽔冷罗茨⿎风机、油驱罗茨⿎风机、低噪⾳罗茨⿎风机，赢得了市场好评和认可。
此类产品已⼴泛应⽤于电⼒、污⽔处理、环保、化⼯、钢铁、建材、农药、制药等⾏业。
产品和服务远销全国各地及东南亚，深受客户好评。
叶轮是离⼼⿎风机最核⼼的部件，是⿎风机对⽓体做功的独⼀元件，有半开式与闭式之分。
闭式叶轮由轮盘、轮盖与叶⽚等三部分构成，半开式叶轮没有轮盖，只有轮盘和叶⽚等两部分。
下⾯就为⼤家简单地介绍下半开式叶轮与全封闭式叶轮的优缺点。
半开式叶轮的优点：①异样的叶轮线速度之下，半开式的应⼒⽐闭式的⼩，是以其容许的线速度⽐闭式的更⾼，单级压⼒⽐可以⽐闭式的更⾼。
②制作⼯艺⽐拟简略。
半开式叶轮的缺点：①半开式叶轮需以后⽅壳体取代“轮盖”对流道起合围感化，因叶⽚顶部与机壳之间存在间隙，叶顶双侧压差将招致间隙中发⽣潜流，从⽽发⽣附加的潜流丧失，降低了叶轮的效⼒。
②转⼦轴向位移量⾮常敏感，具有不可控性，使其运转靠得住性⽐闭式叶轮要差。
闭式叶轮的优点：①在异样的叶⽚型式及负荷条件下，效⼒⾼于半开式1-3%；②转⼦轴位移的可控性、靠得住性⽐半开式叶轮要好。
闭式叶轮的缺点：①制作⼯艺⽐拟繁杂；②与半开式叶轮⽐拟，容许的线速度绝对较低，单级压⼒⽐遭到必定限定。
总结：闭式叶轮效⼒较⾼，轴位移平稳性好，但制作⼯艺繁杂；半开式叶轮效⼒较低，叶顶间隙对轴位移的变更⽐较敏感，但制作起来简略。
实际上也只有单级⾼速⿎风机、齿式压缩机采⽤半开式叶轮，单轴多级布局是很难同时节制好各级半开式叶轮顶端间隙的。
采用免疫算法的离心压缩机叶轮 多目标优化及性能分析
采用免疫算法的离心压缩机叶轮多目标优化及性能分析梁璐;宫武旗;刘一彤;王芳【期刊名称】《西安交通大学学报》【年(卷),期】2024(58)2【摘要】为进一步探索高性能离心压缩机的优化设计方法,以某气浮轴承离心制冷压缩机叶轮为研究对象,结合多层前向神经网络,发展了基于非支配近邻免疫算法的叶轮多目标优化策略。
首先,采用免疫算法优化神经网络的隐含层结构,以提升其作为代理模型的非线性逼近能力;其次,以近喘振点、设计点、近堵塞点的多变效率最大为优化目标,采用免疫算法进行叶轮全工况性能寻优,并通过数值仿真对优化前、后叶轮的气动性能及流动特性进行了对比分析。
仿真结果表明:采用免疫算法进行优化后,叶轮在近喘振点、设计点、近堵塞点的多变效率分别提高了1.8%、1.9%、4%,稳定运行工况范围明显拓宽;对比流场后发现,在90%叶高处,主叶片和分流叶片载荷从前缘至尾缘均明显增加,叶片做功能力增大;分流叶片进口倾角减小使得叶片进口冲击损失降低,流道内泄漏流与主流掺混现象明显减弱,叶轮内部流动更加均匀。
研究结果验证了所提多目标优化策略的有效性。
【总页数】10页(P56-65)【作者】梁璐;宫武旗;刘一彤;王芳【作者单位】西安交通大学能源与动力工程学院【正文语种】中文【中图分类】TK05【相关文献】1.采用遗传算法的离心叶轮多目标自动优化设计2.离心压缩机级半开式叶轮采用无叶和串列扩压器的性能分析3.采用Kriging模型的离心压缩机叶轮多目标参数优化4.基于CFD和多目标算法的离心叶轮参数优化5.燃料电池离心压缩机叶轮构型的参数优化及性能分析因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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（a）改前
（b）改后
图 8 叶轮轮盘改动示意图
改动后等效应力云图见图 9，最大应力也在 叶片与轮盘交接处的凹槽处，但最大应力为 791.614MPa，小于材料的屈服强度，叶轮的最大 位移为 1.71mm，改动后的叶轮可以满足强度与 刚度要求。 2.4 分析小结
（2）针对半开式叶轮的特点，划分以六面体 单元为主的网格，在关键的倒角处及叶片上都 使用六面体单元，提高计算精度，避免应力集 中，得以较为准确的模拟叶轮工作状态下的受 力情况；
（3）通过有限元分析，发现结构设计中的不 足，改进结构模型，使得叶轮满足强度和刚度要 求，为结构设计者提供理论依据。
参考文献
通过有限元分析，发现结构刚性不足的 地 方 ，针 对 这 种 结 构 和 结 构 装 配 的 需 要 ，改 进 结构，使得叶轮的结构设计满足强度和刚度 的要求。
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图 9 叶轮改动后应力云图
3 结论
通过对半开式基本级叶轮的有限元分析得 到以下结论：
（1）考虑了倒角的叶轮有限元模型，提高了 模型的准确型；
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 v=0.28，屈服强度为 850MPa， 强度极限为 920MPa，密度为 7800kg/m3，杨氏弹 性 模 量 为 2.1 ×1011N/m2， 抗 剪 模 量 为 7.9 × 1010N/m2。
［1］徐忠. 离心压缩机原理[M]. 北京：机械工业出版社，1990. ［2］刘士学，方先清.透平压缩机强度与振动[M]. 北京：机械工
业出版社，1997. ［3］谭蔚，王泽军，朱企新.有限元方法在离心机转鼓强度分析
中的应用 [J].化工机械，2002（2）:41- 45. ［4］贾海英.有限元法在离心机转鼓强度计算中的应用[J].制造
由于叶片型线复杂，选用数据处理功能强 大的 Ug 建 立了轮盘部分，形成叶轮模型，见图 1。
0 引言
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[1]的 可靠性问题制约着它的发展，因此对其深入研
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 7，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。
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2010 年第6期
设计计算
图 7 叶轮改后应力云图
2.3.2 减小凹槽 直 接 去 掉 凹 槽 对 强 度 来 说 是 最 好 的 ，但 增
1 模型
The S tre ngt h Ana lys is a nd S tructure Optimiza tion of S e mi- ope n Impe lle r Abs tra ct: Firstly, the Ug and SOLIDWORKS are applied to establish the 3- D model considering semi- open basic stage impeller of fillet. Then, the ANSYS is used to carry out the finite element analysis of strength and stiffness. Finally, the reasonable basic stage impeller meeting the requirements of strength and stiffness is obtained through the process of finding problem and improving model structure. Ke y words : centrifugal compressor; semi- open impeller; strength analysis; structure optimization
图 3 叶轮倒角处有限元网格模型
图 4 叶轮叶片有限元网格模型
2.2 分析结果 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
图 6 叶轮位移云图
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。 2.3 结构调整 2.3.1 去掉凹槽
收稿日期：2010- 04- 14 西安市 710075 * 本文其他作者：徐海霞 段纪成 / 西安陕鼓动力股份有限公司
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图 1 三维 CAD 模型
2 有限元分析
2.1 有限元模型 将三维实体模型导入有限元分析软件
ANSYS 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见图 2~ 图 4。
2010 年第6期
设计计算
半开式叶轮强度分析与结构优化
张小龙 周亚锋 苗福源 */ 西安陕鼓动力股份有限公司
摘要：首先用 Ug 和 SOLIDWORKS 联合建立了 考 虑 圆 角 的 半 开 式 基 本 级 叶 轮 的 三 维 模 型 ，然 后用 ANSYS 对其进行了强度及刚度的有限元 分析，通过发现问题、改进模型结构的过程，最 后得到合理的满足强度和刚度要求的基本级叶 轮。
关键词：离心式压缩机；半开式叶轮；强度分析；
结构优化
中图分类号：TH452
文献标识码：B
文章编号：1006－8155（2010）06－0032－03
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[2]，然而我公司的基本 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。本文选用的模型就是陕鼓动力公司 正在开发的大流量半开式基本级叶轮，对其进 行强度及刚度分析具有重要意义[3－7]。
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 5，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。
图 2 叶轮有限元网格模型
图 5 叶轮等效应力云图
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 6，最大位移在长叶片的最远端，为 2.158mm。
业自动化，2001（8）:55- 57，61. ［5］高满旭等.大型鼓风机转子轮盘强度的有限元计算与分析
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