烟机叶轮的计算模型研究与强度分析
基于叶素_动量理论及有限元方法的风力机叶片载荷分析和强度计算
表 2 所示。
表 2 不同叶素上的轴向和切向诱导因子
叶素微元 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
轴向因子 a 0.3262 0.3288 0.3302 0.3309 0.3315 0.3318 0.3321 0.3323 0.3325 0.3326
切向因子 a′ 0.0651 0.0424 0.0298 0.0220 0.0169 0.0134 0.0108 0.0090 0.0076 0.0064
F＝F·t Fr Ft = 2/π×arcco（s e-）ft
（12） （13）
ft = Nb/2×（R-r）/Rsinφ
（14）
Fr=2/π×arcco（s e-）fr
（15）
fr = Nb/2×（r-rn）/rn sinφ
（16）
式中：F —梢部和根部损失修正因子；Ft —梢部损失修正因子；
Fr—根部损失修正因子；rn—桨毂半径。
（1）
相对合速度与旋转面之间的夹角是 φ，则
sin准= V（0 1-a），cos准= ω（r 1+a′）
V1
V1
攻角 α 为：α=准-θ
（2） （3）
所以，每个叶片在顺翼展方向长度为 δr，垂直于方向 V1 的升
力为：δL =
1 2
ρV12CLδr
（4）
平行于 V1 的阻力为：δD=
1 2
ρV12CDδr
素的切向速度 ωr 与尾流的切向速度 a′ωr 之和为经过叶素的净
切向流速度（1+a′）ωr，V1 为叶片所受到的合速度。在半径为 r 处
所有的速度，如图 1 所示。在半径为 r 处相对于弦线的作用力，如
图 2 所示[1]。从图 1 中得到的叶片相对合速度为 V1 V1= 姨V0（2 1-a）2+ω2r（2 1+a′）2
烟气轮机叶片强度计算与寿命评估及激光熔覆重建工艺
维普资讯
中 阖彀俺ｚ ０． 程２２ ０６
修理与 改造
■ 易 涛
【 要】介 绍烟 机 转子 冲 刷损 伤 后 的激 光 修 复 重 建工 艺 ，并对 转 子 叶 片强度 进 行 分 析 。这 种 工 艺 摘
方 法在 烟机 转 子修 复 上 的 应 用 具 有很 好 的 经 济 效益 和 社 会 效 益 ，它 并 将 促 进 高质 量 、低 成 本 的 材料 表 面改性 技 术发 展 ， 因而在 工 业 中具 有 巨大 的应 用 潜 力 。 【 关键词】激 光熔 覆 动 平衡 激 光相 变 强度 寿 命 评估
进行 了分 析和 检 测 ，并 做 了强 度 计算 和 寿 命评 估 。应
用激 光 熔覆 工 艺 技术 修 复 重建 了损坏 的动 、静 叶 片和 涡轮盘。修复重建后的 Ｙ ＬⅡ型 烟 机转 子 和 静 子 达 到
系数 见 表 ２ ，径 向 应 力 、高 斯 点 总 应 变 见 表 ３ ，持 久
一
处撞 击 擦 伤 痕迹 。断 口为 一次 加 载 断裂 ，裂 纹 源 在
叶背 底 部 与 撞 击 伤 痕 在 同一 轴 向 上 ，证 明 是 被 撞 断 的。断 口粗 糙且 呈 深灰 色 ，证 明是 铸造 高 温 合 金 ，断
口附近 材 料 无 明显 变形 ，说 明 系脆性 断 裂 。其 它 Ⅱ级 静 叶 片不 同 程度 撞 冲损 坏 。
达 到 ３１ ， 足 静 强度 要 求 。 久 寿 命 大 于 １ ．６ 满 持 ０万 小 时 。 仍 有 足 够 的 寿命 裕 度 ，经 激 光 熔覆 后 可继 续 使 用 。 三 、激 光 熔 覆修 复 因动 叶 片是 Ｇ ６ （ ｓ ａｏ ）高 温合 金 ，静 叶 Ｈ８ ４ Ｗａｐ ｌ ｙ
叶轮强度有限元分析
按照 $%&’(程序的要求加载。 <"程序参数设置与计算 先用 $%&’(程序的静力计算程序进行预处
理。此时首先定义各种计算参数，几个关键参数
的设定包括：
单元类型，在 =%*>*,5.3!?+@* 菜单中： 叶片：7.’5(’@2A3!9%05* 轮毂：7.’5(’@2A3!B(2A6 计算参数，在 $,0%+.2.3!45052A菜单中： &C<DE"FC!&CGDHH ;*,5(2I$J2.CK )98C3!FLH 完成以上各步后再用 44$9HM 程序进行计 算：
%&模化%’ ,(.! .-(.&
从表.可以发现，在转速由-&’*1／234提高 到.***1／234时，最大主应力值变成原来的&(. 倍左右，这与工程方法的经验公式得出的结果是
符合的。
!(变形分析与讨论 风机 高 速 旋 转 时，轮 毂 受 到 叶 片 向 外 的 拉
力，叶片与轮毂成一定的角度，叶片对轮毂的拉
图" +(风机叶片前缘的主应力分布
图"!图,给出了+(风机叶片上主应力值 在!(,-.／/01 和 "---.／/01 两 种 转 速 时 的 分 布， 图中 的 实 线 表 示 转 速 为 !(,-.／/01 时 的 应 力 分
万方数据
图, +(风机叶根的主应力分布
从图"和图(可以看到，两种转速下，随着半 径的逐渐增大叶片前后缘的应力是单调下降的， 而且在叶根附近下降得更快，前缘应力比后缘对 应点要大。从图,可以看到，从前缘到后缘应力 是逐渐下降的。
的叶片受力和变形情况。
运用三维有限元方法计算的结果与工程方
烟气轮机动叶片冲蚀机理的数值研究与分析
烟气轮机动叶片冲蚀机理的数值研究与分析于洋;王晓放;李丽丽【摘要】本文采用Spalart-Allamaras湍流模型,应用NUMECA软件对某单级烟气轮机内部流场进行数值模拟,并根据计算结果对此烟气轮机动叶片的冲蚀机理进行分析.分析结果表明:喷嘴斜切部分产生激波,受激波影响喷嘴出口气流不稳定,加之动叶扭曲规律及安装角与工质在动叶入口的速度方向不符,使动叶流道内存在大面积的二次流动、附面层脱离及旋涡,流动不稳定,动叶片叶根冲蚀严重,安全性能较差.【期刊名称】《燃气轮机技术》【年(卷),期】2011(024)002【总页数】5页(P51-55)【关键词】烟气轮机;数值模拟;冲蚀;二次流动【作者】于洋;王晓放;李丽丽【作者单位】大连理工大学能源与动力学院,辽宁大连,116024;大连理工大学能源与动力学院,辽宁大连,116024;大连理工大学能源与动力学院,辽宁大连,116024【正文语种】中文【中图分类】TK478烟气轮机(以下简称烟机)在石化企业广泛应用，并发挥着非常重要的作用［1］。
石化企业在化工流程中除正常产品之外，还会产生一些不能被利用的、不能随意排放的有毒、有害介质，将这些介质集中燃烧，产生高温、高压气体，经过烟机实现能量转换，再次做功，既降低了污染又回收了能源，对节能降耗以及环境保护都有着重要意义。
但是目前为止烟机尚未得到业内学者的足够重视，对烟机的研究不多，特别是关于烟气轮机内部流场及内部流场的气固两相流方面公开发表的文章少之又少［2-4］。
烟机的工作条件很差，效率低，运行周期较短，叶片冲蚀严重(见图1)，实际运行中烟机存在的问题较多，安全性与可靠性较差。
本文研究的烟机运行2个月就要更换叶片，运行半年动叶就要报废。
针对以上问题采用数值模拟的方法再现烟机中的内部流动情景，分析烟机冲蚀的影响因素。
1 数值模拟本研究分别模拟了运行工况下考虑冷却蒸汽影响和不考虑冷却蒸汽影响的烟机内部流动。
从而分析了运行工况内部流场对烟机冲蚀的影响因素。
汽轮机叶轮强度计算方法
r
式 (8) 、 式 (9)是用位移表示应变的几何方程 ,将它们代 入式 (7)后得 : σr =
E
1 -ν
2
du u +ν dR R
u du +ν R dR
E σt = 2 1 -ν
( 10 )
式 ( 10 )就是从微元体变形角度找到的 σr 和 σt 的另一 组方程 ,它是用未知量 u 来表示 σr 和 σt 的 。与平衡微分方 程 ( 5 )一起 ,共有 3 个方程式和 3 个未知数 , 可以解出 σr 和 σt。 如考虑叶轮温度不均匀对叶轮径向应力 σr 和切向应力 σt 的影响时 ,则由于温差在半径 R 处引起的径向变形为 ΔR ′ = aR t,相对变形为 ε = a t,式中 , a 为叶轮材料的线膨胀系数 ;
离心通风机叶轮强度的二次计算法及其应用
y ′ = K
式中 Ρra 为轮盘外表面径向应力真实值, 对一般离心通风机而言, Ρra = 0, 则各段面上 的应力经过修正后, 如下式所示: Ρri = Ρri + K Ρri Ρti = Ρti + K Ρti
〔 2〕 三、 段面间有截面突变的处理〔1〕
( 7)
如图 1 所示, 径向应力之间的关系为 Ρ′ ri =
2 T = (D n 1000)
轮盘强度的二次计算法虽然计算结果不 很精确, 但由于其计算过程简单且计算量较 小, 所以迄今为止仍为一种比较有价值的方 法。 在离心压缩机和汽轮机轮盘强度设计中, 同有限单元法一样, 二次计算法得到了广泛 的应用, 并成为该类旋转机械强度计算的经 典方法之一; 而离心通风机尤其是带进口圈 前盘和锯齿中盘的机翼型双吸离心通风机, 虽然与离心压缩机和汽轮机同属透平机械范 畴, 但因结构特点不同, 所以在套用轮盘强度 二次计算法的过程中, 会产生计算结果与实 际运行明显不符的情况; 此外, 如何处理叶片 离心力及锯齿的影响, 目前尚未见到有关文 献。 因此, 本文针对上述问题通过一个强度设 计的实例, 分析和讨论轮盘强度二次计算法 在实际应用中的适用性和局限性, 并得出了 具有实际应用价值的强度计算方法。 二、 二次计算法的基本思想和方法 任何旋转轮盘不论其形状怎样复杂, 均 可将其模化为若干个几何形状简单的计算 段; 每一段或为等厚段或为锥形段, 且在每段 之中均存在以下计算公式: Ρr = a r Ρr1 + a t Ρt1 + a cT Ρt = Βr Ρr1 + Βt Ρt1 + B c T
对锥形段, 式 ( 1) 中的 a c、 B c 改为 a ′ c、 B′ c 且 a′ c、 c 作如下修正: B′ λ c= a ′ a′ sa + a ′ sh ( 12) ϖ B′ = Β′ a + Β′ h
叶片和轮盘强度计算
叶片和轮盘强度计算1.叶片强度计算由于本设计中叶片为圆弧窄叶片，这种叶片的径向尺寸大于轴向 尺寸，所以在计算叶片强度时，在叶片上沿轴向取一单位长度的小窄 条，根据参考文献［7］图5-48得如下图5-1 （b ）,图（b ）是图（a ）的局部放大图。
将这个小窄条看作是承受均布载荷的梁， 叶片重心近似图5-1圆弧窄叶片的离心力及其分力图图5-2窄条位置对比图可以将小窄条看作是平板叶片，一般情况下,叶轮进口处叶片所受弯假设在叶片工作面的0点上。
曲应力最大，对比结果如下图由按参考文献［1］式（7-42 ）得叶片最大弯曲应力公式为-冷吟EcosP，可见P 值越小，弯曲应力值越大，由此得本设计中叶轮进口处叶片所受弯曲应力最大。
由图5-1测得2—84：P曲R c =0.329m,b = 0.14m叶片与轮盘轮盖的连接为焊接，可以假定叶片为一固定梁。
叶片的离心力f可分解为f1和f2两个分力。
由f2产生的弯曲应力因叶片的抗弯截面模量较大，可忽略不计。
只计算f1产生的弯曲应力即可。
分力f1引起的最大弯曲应力按参考文献［1］式（7-42）得^max已知：叶片厚度6 = 0.008m旋转角速度= 49.74r ads60 60材料的密度P =7.85>d03(kg/m3) 将各值代入上式得2b max = 1X 7.85 咒103X X 0.329 X49.742x cos332 0.008= 6.56咒106(N /m2) 叶片材料选用16Mn低合金钢，屈服点为兀=345勺06Pa，满足要求。
2.轮盘强度计算如图5-3所示由参考文献［1］式（7-54）,轮盘的直径D 2 =1.4m ，中间孔的直径D i = 0.64m 选取轮盘厚度6 = 0.008m轮盘的最大应力按参考文献［1］式（7-52）计算码=6500u ；[1 +0.212( D 1)2] D 220 64 2 = 6500% 69.642X [1 +0.212%(行)2]= 32.92xi06(N/m 2)叶片引起的附加应力为% T i KF2 F i轮盘的最大应力为CT =^廿+cr t2 =32.92 X106 +16.43X106 =49.35x106(N/m2)轮盘的材料为Q235A，其屈服点bs=235N/mm23•轮盖的强度计算与轮盘强度计算过程类似，除了轮盖的叶片负荷分配系数K=0.5。
100kW微型燃机涡轮叶轮强度及振动分析的开题报告
100kW微型燃机涡轮叶轮强度及振动分析的开题报告
尊敬的评审专家：
本文将介绍一个关于100kW微型燃机涡轮叶轮强度及振动分析的研究开题报告。
该微型燃机涡轮叶轮的特点是工作温度高、负荷变化频繁、惯性质量小。
因此，为保障燃机性能和寿命，需要对其进行强度及振动分析。
本研究将着重对涡轮叶轮的
强度及振动进行分析，并根据分析结果对其进行优化设计。
主要研究内容如下：
1. 燃机涡轮叶轮设计和工作原理分析：对微型燃机涡轮叶轮的设计进行详细分析，包括尺寸、材料、工艺以及切削参数等。
2. 叶轮强度分析：通过有限元分析软件，对微型燃机涡轮叶轮的强度进行分析，确定其最大极限应力、最大变形量等参数。
3. 叶轮振动分析：通过模态分析及频响分析等方法，对叶轮振动特性进行分析，确定其共振频率及振幅等参数。
4. 优化设计：根据分析结果对涡轮叶轮的设计进行优化，提高其强度及降低振动。
本研究的意义在于提高微型燃机的工作效率及寿命，同时也可为其他类型燃机的设计和研究提供一定的参考价值。
关键词：微型燃机；涡轮叶轮；强度分析；振动分析；优化设计。
感谢专家评审。
风机叶轮强度计算
风机叶轮强度计算全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：风机叶轮是风机中最重要的部件之一，它直接影响到风机的性能和稳定性。
叶轮强度计算是设计和制造风机叶轮时必须进行的重要工作之一。
本文将详细介绍风机叶轮强度计算的基本原理、计算方法和注意事项。
一、叶轮强度计算的基本原理风机叶轮在工作过程中承受风力的作用，需要具备足够的强度来抵抗风力的作用，以保证叶轮的安全运行。
叶轮强度计算的基本原理是根据力学原理和叶轮结构特点，通过计算得出叶轮在不同工况下的受力情况，进而确定叶轮的强度是否满足设计要求。
1. 叶轮的受力分析叶轮在工作过程中受到风力和旋转惯性力的作用，需要通过受力分析来确定叶轮在不同工况下的受力情况。
根据叶轮的结构和受力情况，可以采用有限元分析等方法对叶轮进行受力分析，得出叶轮的应力和变形情况。
通过叶轮的受力分析结果，可以计算出叶轮的应力和变形情况，进而确定叶轮的强度是否满足设计要求。
叶轮的强度计算一般包括弯曲强度、拉伸强度、剪切强度等方面的计算，需要根据叶轮的结构和受力情况进行综合考虑。
1. 叶轮的设计要符合叶轮的工作环境和工作要求，需考虑叶轮的材料、结构和制造工艺等因素。
2. 在叶轮强度计算中，需要充分考虑叶轮在不同工况下的受力情况，避免出现强度不足的情况。
3. 叶轮的强度计算需要遵循相关的标准和规范，确保计算结果准确可靠。
4. 需要进行叶轮的强度验证测试，以确保叶轮的实际强度与计算结果相符。
风机叶轮强度计算是设计和制造风机叶轮时不可忽视的重要工作，只有通过科学的叶轮强度计算，才能确保叶轮在工作过程中具有足够的强度和稳定性，从而保证风机的安全运行和高效性能。
希望本文能对您了解风机叶轮强度计算有所帮助。
第二篇示例：风机是一种常见的动力设备，用来将风力转化为机械能，常用于工业、农业和民用领域。
而风机的核心部件之一就是叶轮，它负责将风能转化为机械能。
叶轮必须具备足够的强度来承受来自气流的巨大压力和力量，否则容易发生断裂、破裂等危险情况。
叶轮设计计算范文
叶轮设计计算范文叶轮设计是涉及流体力学、材料力学、结构力学等多个学科的综合性工作。
其目的是设计出符合工作条件、能高效转化能量的叶片形状和结构。
下面将从叶轮流场分析、叶片强度计算、材料选择和叶轮结构设计等方面详细介绍叶轮设计计算的内容。
1.叶轮流场分析：叶轮的关键是要保证流体能够顺利通过，并且能够产生预期的工作效果。
因此，叶轮流场分析是叶轮设计的重要环节。
流场分析主要涉及流体力学、计算流体力学等方面的方法。
通过将叶轮建模并进行流场计算，可以得到叶轮内部的速度、压力等参数，进而对叶轮进行优化。
2.叶片强度计算：叶片在工作过程中需要承受来自流体的压力力和离心力等力的作用，因此叶片的强度设计是很重要的。
叶片强度计算需要考虑不同的工作条件和材料特性，并综合运用材料力学和结构力学的知识。
通过计算，确定叶片的几何参数、材料特性等，以满足叶片的刚度和强度要求。
3.材料选择：叶轮在设计过程中需要选择适合的材料来制造。
材料的选取需要综合考虑叶轮的工作条件、使用寿命、制造成本等因素。
常用的叶轮材料有金属材料（如铸铁、钢、铝合金）、塑料和复合材料等。
不同材料具有不同的强度、硬度、韧性等特性，因此需要根据实际情况选择最合适的材料进行设计。
4.叶轮结构设计：叶轮的结构设计是指确定叶轮的几何形状以及连接方式等。
叶轮的结构设计需要综合考虑叶片的倾角、倾数、长度等参数，以及叶片与轴的连接方式、安装方式等。
此外，还需要考虑叶片之间的间隙、叶片阻力等因素对叶轮性能的影响。
通过合理设计叶轮的结构，可以提高叶轮的工作效率和稳定性。
总结起来，叶轮设计计算是一个复杂而综合的工作，需要涉及多个学科的知识。
通过对叶轮流场分析、叶片强度计算、材料选择和叶轮结构设计等方面进行科学的计算和分析，可以设计出性能优良、效率高的叶轮，满足不同工况下的使用要求。
叶轮设计计算的目的是为了提高叶轮的工作效率和可靠性，减少能源的浪费，推动叶轮技术的发展和应用。
基于叶素-动量理论及有限元方法的风力机叶片载荷分析和强度计算
：用 有限元 软件（Ｎ Ｙ ） 其进行应力分析， Ａ ｓ ｓ对 得到了 叶片上的应力分布 规律， 并对其进 行了 度校核。 析 ｉ 强 分 结果可为风力机叶片栽荷研究做参考。 ；
ｉ
关键词： 风力机叶片； 有限元 ； 叶素一动量定理 ； ； 强度 载荷 ： 【 ｂｔ ｃ】 ｌ ｅｉｏｅｆｔ ｅ ｍ ｏｅｔｉｗｎ ｒｉ ，ｈ ｈｉｎｅｅ ｅ ｎｕｈｓ Ａ ｓ ａｔ Ｂａ ｎ ｏ ｈ ｋｙ ｏｐｎｎ ｉ ｔ ｂ ｅｗ ｉ ｅｄｄｏｂ ｅｏｇ ｉ ｒ ｄ ｓ ｅ ｃ ｓｎ ｄ ｕ ｎ ｃ ｓ ｔ ｆ
：
【 摘
要】 风力机叶片是整个风力发 电 机组的核心部件 ， 其结构需保证风力机可以有足够的刚度、 ： 强
÷ 度和稳定性。风力机叶片所受载荷是 强度分析的关键 。运用 Ｃ ＴＡ对风力机 叶片进行三维建模 ， ＡＩ 得到叶 ÷
；片的外型参数。基于叶素—动量理论（Ｅ 对风力机在正常工况下所受到的载荷进行分析和计算， Ｂ Ｍ） 并利
÷
？ Ｓｒｎ ｔ ； ｏ ｄ ｔｅ ｇｈ Ｌ ａ
ｉ
：
Ｋ ｙ ｗ ｒｓｗｉ ｕ ｂ ｅｂａ ｅ；ｉｉ ｌ ｅ ｔ ｌ ｅｅ ｍｅｔｍ ｍｅ ｔｍ （ Ｅ ｔｅｒ ；÷ ｅ ｏｄ ： ｎ ｔｒｉ ｌ ｓＦｎｔ ｅ ｍ ｎ； ａ ｌ ｎ ｏ ｎｕ Ｂ Ｍ） ｏｙ ｄ ｎ ｄ ｅ ｅ Ｂ ｄ ｅ ｈ
●… － ●… ・ ●… ・ ●… ・ ・ ●… ●… － ●… ・ ●… ・ ・ ・ ・ ・ － ・ ・ ・ … ・ … ・ … ・ － ● ・ － ・ ・ … ・… ・ － ． ・ ・ ・ ・ － ・ ・ … ・ … ・ … ． ． ●… ●… ●… ●… ●… ・… ・… ●… ・ ● ● ・ … … ・… ・… ●… ・－ ●… ・… ・… ●… ・… ●… ●… ・… ●… ● ● ● ・…
微型燃机涡轮叶轮强度及振动特性计算分析
微型燃机涡轮叶轮强度及振动特性计算分析孙志江 于丽君 赵会琴沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司技术中心燃气涡轮设计研究所，110043[ 摘 要 ] 本文采用大型有限元分析软件包ANSYS 5.7对某微型燃机涡轮叶轮强度及叶片振动特性进行了计算分析。
计算中采用的是三维实体有限元计算方法，通过实体建模、网格划分、加载边界条件、计算以及后处理等步骤得出涡轮叶轮关键部位的应力水平、安全系数、变形量以及叶片的Campbell 共振图。
[ 关键词 ] 有限元 布尔运算 边界条件 屈服极限 安全系数 振动特性 Campbell 共振图Calculation and Analysis on the Turbine Impeller Intensityand Vibrant Characteristic of a certain Micro-turbineSun Zhijiang Yu Lijun Zhao HuiqinShenyang Li Ming Aero-engine (Group) Co., Ltd., 110043[ Abstract ] A large type of limited element analysis software package ANSYS 5.7 is applied in calculation andanalysis on the impeller intensity and blade vibrant characteristic of a certain micro-turbine in this article. 3D-solid limited element method is used In calculation, by 3D modeling, meshing, loading edge condition, calculating and post-processing to get the stress level, safety factors, displacement of key position in turbine and Campbell resonance diagram of blade.[ Keyword ] Limited element Boolean calculation Edge condition Bending limit Safety factorVibrant characteristic Campbell resonance diagram1. 前言微型燃气轮机是一种能够为动力能源市场提供清洁、高质量动力能源的微型热力发电设备。
第三章转子、叶轮结构和强度计算
谢永慧
34
透平零件结构与强度计算
切向力
dT ydR
径向分力平衡
dC dP' dP 2dT sin d 0
2
叶轮受力平衡方程式
东汽培训班 2019/11/1
2R2 y
r
y
R
dy dR
Ry
d r
dR
y
0
பைடு நூலகம்
西安交通大学叶轮机械研究所
谢永慧
v R
dv dR
36
透平零件结构与强度计算
东汽培训班 2019/11/1
旋转叶轮强度计算基本微分方程
d 2v dR2
1 y
dy dR
1 R
dv dR
Ry
dy dR
1 R2
v
2
1 2
E
R
0
直接求解上述方程比较困难，通常用阶梯形的 等厚型线代替复杂的叶轮型线
微元体受力 微元体离心力
dC dmR 2 R2 2 yddR
径向力
dP r yRd
dP' ( r d r )( y dy)( R dR)d dP' r yRd r ( ydR Rdy)d Ryd rd
西安交通大学叶轮机械研究所
谢永慧
16
透平零件结构与强度计算
东汽培训班 2019/11/1
微型燃气轮机实验台拉杆转子
西安交通大学叶轮机械研究所
谢永慧
17
透平零件结构与强度计算
叶轮分析报告
叶轮分析报告1. 引言叶轮是一种可以通过流体的作用产生力和功的装置，广泛应用于液压、气动和热力系统中。
叶轮的设计和性能分析对于提高系统效率和可靠性至关重要。
本报告将对叶轮进行分析，并评估其性能。
2. 叶轮的组成和工作原理叶轮通常由若干叶片和轮盘组成。
当流体通过叶轮时，叶片会受到流体的冲击和作用力，进而转动轮盘。
叶片的形状、数量和排列方式对叶轮的性能有重要影响。
叶轮的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：1.流体进入叶轮，并与叶片相互作用。
2.由于流体的冲击和作用力，叶片开始转动。
3.叶片的转动会产生力和功，可以用来驱动其他设备或者加速流体。
4.流体离开叶轮后，进一步进入系统。
3. 叶轮的设计和选择3.1 叶片的形状和数量叶片的形状和数量是叶轮设计中的重要参数。
一般来说，叶片越多，叶轮的性能越好。
然而，叶片数量过多会增加制造成本和复杂性。
叶片的形状可以采用直线型、曲线型或复合型。
直线型叶片适合用于高速流体，而曲线型叶片则适用于低速流体。
复合型叶片可以结合两者的优点，提高叶轮的适用范围。
3.2 叶轮的材料选择叶轮可以采用各种材料制造，包括金属、塑料和复合材料等。
选择合适的叶轮材料需要考虑以下几个因素：•强度和硬度：叶轮需要能够承受流体的冲击和作用力，因此需要具备足够的强度和硬度。
•耐腐蚀能力：叶轮在一些特殊环境中可能会接触到腐蚀性流体，所以需要选择具有良好耐腐蚀能力的材料。
•温度稳定性：叶轮在高温环境下可能会暴露于高温流体，需要选择能够稳定工作的材料。
3.3 叶轮的尺寸和转速叶轮的尺寸和转速也是设计中的重要参数。
叶轮的尺寸需要根据预计的流体流量和压力降进行确定。
而转速的选择则需要考虑叶片的强度和叶轮的工作效率。
4. 叶轮的性能评估叶轮的性能评估可以通过测量其功率、效率和流量来完成。
4.1 功率叶轮的功率是指叶轮在流体作用下所产生的力和功。
可以通过测量叶轮的扭矩和转速来计算功率。
4.2 效率叶轮的效率是指叶轮对流体能量的利用效率。
两种离心通风机叶轮零部件强度计算方法的比较分析
两种离心通风机叶轮零部件强度计算方法的比较分析蔡建程 袁民健 卢傅安 祁大同 邱长安 /西安交通大学能源与动力工程学院摘要：阐述了叶轮零部件强度分析的传统计算方法和有限元计算方法，并进行了比较分析，提出了建议和要求，给出了结论。
关键词：离心式通风机；叶轮；强度；有限元分析 中图分类号：TH432 文献标识码：B 文章编号：1006-8155（2007）05-0030-04A Contrast between Classical Method and Finite Element Method for Calculating Strength of Impeller Parts in Centrifugal FansAbstract: This paper specifies the classical method and Finite Element Method for analyzing strength of impeller parts, and gives the comparison and analysis for them. The advice and requirements are pointed out. And the conclusion is obtained.Key words: centrifugal fan; impeller; strength; Finite Element Method (FEA)0 引言分别用传统方法和有限元方法计算了某离心通风机叶轮零部件强度。
在传统的计算分析中，叶轮零部件（包括轮盘，轴盘，叶片，铆钉）强度都满足要求。
而在使用通用有限元分析软件ANSYS 及NASTRAN 计算时,如果不考虑叶片根部与轮盘之间的焊接工艺情况，这些部位的应力则超过材料许用应力。
本文采用增加这些部位单元的厚度来模拟焊接工艺以消除应力集中，使得出的应力值低于材料的许用应力，并依据计算结果对焊缝的几何尺寸及焊接质量提出相应要求,确保风机的安全运行。
第三章：转子、叶轮结构和强度计算_最终
转子是透平十分重要的部件，保证转子安全工作是设 计制造部门的重要任务之一。 转子的工作条件相当复杂，转子处在高温工质中，并以 高速旋转。 转子承受由于叶片和转子本身离心力引起的很大的应力 以及由于温度分布不均匀引起的温度应力。 透平转子和其他高速旋转机械一样，由于不平衡质量的 离心力，将引起转子振动。此外，转子还要传递作用在叶片上 的气流力产生的扭矩等。 因此，必须对转子、叶轮进行强度计算，任何设计、 制造、运行等方面工作的疏忽，均会造成重大事故。
3-1 转子和叶轮结构
广泛采用的是轮式整锻转子。由于采用叶轮弥补了上述空心 鼓式转子强度不足的缺点，其圆周速度容许达到170-200米/秒以上。
3-1 转子和叶轮结构
整锻转子加工过程
3-1 转子和叶轮结构
为了保证锻件的良好质量，整锻转子的尺寸是受到一定限制的。如 果转子有几级叶轮直径过大而锻造困难而且由于后面低压级蒸汽温度低， 叶轮可用低一级的材料。此时亦可以采用组合转子，即在整锻转子轴上套 上几级叶轮。如图3-5所示为整锻和套装组合的转子，高压部份的前11级叶 轮是整锻，后面低压部分7级叶轮为套装。
着手设计叶轮时，先必须考虑叶轮与透平轴的联结方法。 对套装叶轮，通常是用键来联结，同时为了使叶轮与轴可靠的联结， 也就是说要保证在叶轮工作时，叶轮与轴保持对中 (同心)，且相对于轴的 位置不变，还必须把叶轮红套在轴上。
3-1 转子和叶轮结构
图3-11用键和过盈联结叶轮与轴。扭矩 借接触摩擦力和键来传递。
3-1 转子和叶轮结构
焊接转子具有整锻转子所有的许多优点，但它比整锻转子重量轻；特别 是锻件小容易获得高质量锻件。它比套装转子结构紧凑，而且刚度大。此外，焊 接转子的显著优点是强度大。焊接转子适于作为高温和高速条件下工作的转子型 式，而转子的重量和尺寸几乎不受限制。
第三章叶轮结构计算
2 (3 )
8
2 2 2 Ra Ri2 1 3 2 Ra Ri2 Ri2 Ra ( Ra R 2 R ) 2 (1 2 ) ra 2 ( 1) ri R 3 Ra Ri2 R Ra Ri2 R2 2 2 i
(3-17)
实心等厚度叶轮：
以圆盘叶轮代替圆环组成转子。 圆盘任意半径上存在径向应力和切向应力。 叶轮上应力和应变对称于轴线。 应力沿轴向（厚度方向）均匀分布。 轴向应力可以忽略不计。属于轴对称平面应力问题。
d 2 1 dy 1 d dy 1 1 2 ( ) ( 2 ) 2 R 0 (3-10) 2 dR y dR R dR Ry dR R E
2 2 i
2 2 2 Ra Ri2 1 3 2 Ra Ri2 Ri2 Ra ( Ra R 2 R ) 2 (1 2 ) ra 2 ( 2 1) ri 2 2 R 3 Ra Ri R Ra Ri R
1 m2 1 m2 2 R 2 r ri i [2(1 )m 2 (1 )m 4 (3 )] 2 2 8
套装转子适宜中压汽轮机或高压汽轮机的低压部分。 200MW的低压转子。
焊接转子：
若干个叶轮和两个端轴拼焊而成。如图6-29. 无中心孔，可以承受很大的离心力，强度好； 结构紧凑，刚度大； 锻件尺寸小； 要求焊接工艺高，材料的焊接性能好。
汽轮机结构
组合转子： 国产200MW的中压转子
Ri m 1 R
2、根据第一段等厚度叶轮外径处应力计算第二段内径处应力
r 2 ' r1
I
I
y1 y2
汽轮机叶轮强度计算方法
汽轮机叶轮强度计算方法
李铜桥;张玉龙
【期刊名称】《汽轮机技术》
【年(卷),期】2008(050)001
【摘要】叶轮强度分析计算是汽轮机结构设计应用的一个关键环节,对汽轮机转子的安全运行和全寿命管理具有非常重要的意义.采取弹性力学按位移解的方法,根据微元体力的平衡方程、几何方程和物理方程,可计算出叶轮强度.该方法与其它计算方法相比,简便可行,在工程实际中具有一定的实用价值.
【总页数】4页(P20-22,64)
【作者】李铜桥;张玉龙
【作者单位】海军驻哈尔滨汽轮机厂有限责任公司军事代表室,哈尔滨,150046;海军驻哈尔滨汽轮机厂有限责任公司军事代表室,哈尔滨,150046
【正文语种】中文
【中图分类】TH45
【相关文献】
1.两种离心通风机叶轮零部件强度计算方法的比较分析 [J], 蔡建程;袁民健;卢傅安;祁大同;邱长安
2.通风机叶轮强度的三维壳体有限元计算方法 [J], 童榴生
3.汽轮机叶轮强度计算探讨 [J], 王文斌
4.汽轮机叶轮应力计算方法 [J], 丁常富;孙利;田松峰;钱江波
5.汽轮机磨损变形叶轮处理措施和强度计算方法 [J], 朱宝田
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风机叶轮强度计算
风机叶轮强度计算一、引言在风力发电领域，风机叶轮是将风能转化为机械能的关键部件。
叶轮的强度计算对于确保风机的安全运行至关重要。
本文将从叶轮的设计和材料选择等方面进行探讨，以提供一种有效的风机叶轮强度计算方法。
二、叶轮设计与材料选择1. 叶轮设计叶轮的设计应考虑到风力的大小、方向和速度等因素。
通常，叶轮的形状采用空气动力学原理进行优化，以确保最大限度地捕捉风能。
同时，叶轮的叶片数量和叶片角度也需要精确计算，以实现最佳的风能转换效率。
2. 材料选择叶轮的材料选择对其强度至关重要。
常见的叶轮材料包括钢、铝合金和复合材料等。
钢具有较高的强度和耐久性，但重量较大；铝合金轻巧但强度稍低；复合材料则具有较高的强度和轻量化的特点。
根据不同的设计需求和成本因素，选择适合的材料是必要的。
三、叶轮强度计算方法叶轮强度计算是确保叶轮在运行过程中不会发生破裂或变形的关键步骤。
下面介绍一种常用的叶轮强度计算方法。
1. 叶片应力计算叶片应力是叶片强度的重要指标，通常使用叶片应力公式来计算。
该公式基于叶片的几何形状、材料弹性模量和转速等参数。
通过对叶片应力进行分析，可以确定叶片的强度是否满足设计要求。
2. 叶轮强度校核叶轮强度校核主要包括静态强度和疲劳强度两个方面。
静态强度是指叶轮在额定工况下承受的最大静载荷，通过静态强度分析可以确定叶轮的材料和结构是否满足要求。
疲劳强度是指叶轮在长期运行过程中所承受的循环载荷，通过疲劳强度分析可以评估叶轮的寿命和可靠性。
3. 强度计算结果评估根据叶轮的设计要求，将强度计算结果与设计指标进行对比评估。
如果强度计算结果满足设计要求，则可以继续进行下一步的制造和测试工作；如果不满足，则需要重新进行设计或调整。
四、结论风机叶轮强度计算是确保风机安全运行的关键环节。
正确选择叶轮的设计和材料，采用合适的强度计算方法，可以保证叶轮在各种工况下的稳定性和可靠性。
本文介绍的叶轮强度计算方法为风机叶轮的设计和制造提供了一种有效的参考方式。
吹吸机叶轮强度校核
安全系数S1：材料可靠性 安全系数S2：计算可靠性 安全系数S3：载荷可靠性 综合安全系数S 计算安全系数(必须大于许用安全系数)S=σ-1/σmax
叶轮直径 叶轮转速 叶片高度 叶片厚度 ρ叶片材料密度 R叶轮中心至叶片重心的半径 φ离心力垂直工作面分力夹角 r叶片圆弧半径 2a叶片夹角 k1(根据叶片夹角查表） k2(根据叶片夹角查表）
Mpa
92.73509181
Mpa
G m
136.47G mFra bibliotek160
0
0 116.7 47.10632571 39.26
A
88.27238335 Mpa 44.13619168
K B
136.47
44.13619168
854.8617808
N
21.79897541
N.m
18.80413723
N.m
25.88167451
N.m
76.14513887
Mpa
16.58995293
mm
1539.38
l/s
0.0261
m
0.0255
m
0.0035
m
6398168445.09
91.21
m/s
1254.57
N
737.42
N
1014.97
N
246.95125
1560.08125
140
0
70
a
70
94.21265141
A
B
a
A 0
1.972 1.972
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烟机 静 叶片安 装角 再加 工［ Ｊ ］ ． 石 油／ ４ ＆ Ｅ ｌ ｉ 杜荣立．
工通用机械 ， ２ Ｏ １ ０（ ８ ）： ４ ６ — ４ ７ ．
ｒ ｔ ｅ ｒ Ｔ Ｊ ． Ｃｏ ｍｍｏ ｎ Ｆａ ｉ ｌ ｕ ｒ ｅ ｓ ｉ ｎ Ｇａ ｓ Ｔｕ ｒ ｂ ｉ ｎ ｅ ［ ２ ］ Ｃａ
表 明该 型 号 烟 机 的叶 轮 强 度 满 足 要 求 ， 对烟机叶轮的叶型设计具有指导意义 。 关 键 词 ： 烟 机 ；叶 轮 ；计 算 模 型 ；强 度分 析
中 图法 分 类 号 ： ＴＫ １ ４ 文 献标 志码 ： Ａ
烟 气轮机 （ 简称 烟机 ） 是石 油工 业 中最 重要
计 算 结 果 显 示 最 大 应 力 发 生 在 叶 身 底部 背弧 的 中 心位 置 ， 这 与 实 际 运行 现场 发 生 断裂 故 障 一 致 ， 说 明 进
行 叶 轮 的静 强 度 有 限 元 数 值 计 算 时 在保 证 网格 质 量 的前 提 下 必 须 考 虑 叶根 与 榫 槽 接 合 面 之 间非 线 性 接
素对 叶片 的振动 频率起 决定 作用 。设计 过程 中 准 确计 算 和 预测 叶 片 的动 静强 度 ， 使 应力 和 模
图１ 烟 机 叶 轮 及 转 子 模 型
态 有一定 隔离 裕度是 烟机 设计 的关键 。笔 者借
收 稿 日期 ： ２ Ｏ １ ２ － ０ ７ — ０ ６ 作者简介 ： 肖云 峰 （ １ ９ ７ ６ 一） ，男 ， 硕 士 ，副 教 授 ，Ｅ — ｍａ ｉ ｌ
触效应 ， 而且 接 触 部 位 的 网格 需 用 六 面 体 网格 。动 频 数 值 计 算 时 ， 分 别 对 ２种 约 束 形 式 下 的 模 型 进 行 计 算， 结 果 表 明 固定 叶根 情 况 下 动 频 与 考 虑 接 触 效 应 动 频 之 间 的差 异 主 要 体 现 在 一 阶模 态 上 。强 度 分 析
第 １ 期
肖云峰 等 ．烟机 叶轮 的计 算模 型研 究与强 度分 析 烟 机结构 设计 具有 重要 意义 。 参 考文献
１ ５
头接 触非线 性效 应 和榫槽 的周 期性 效应 。
（ ２ ） 网格划 分 时在 榫 槽 和 叶根 榫 头 接 触 的
位置 需 用 六 面体 实 体单 元 ， 接 触 部 位 的 网格 节
１ ２ ９ １ ８ ０ ９ ７ ８ ２ ＠ｑ ｑ ． Ｃ Ｏ ｎ。 ｒ
将 叶片及 相应 轮盘 的三维 实体模 型导 入专
用 网格生 成 器进 行 网格 划 分 ， 由于运 转 过程 中
叶 片仅 承受 离 心 和气 动 载荷 ， 故 叶 身部 分采 用 四面 体 网格 （ Ｃ ３ Ｄ ４ ） 单元 ； 在 烟机 转 动 过 程 中 ，
摘
要： 烟 气 轮 机 结 构 设 计 的 关 键பைடு நூலகம்是 准 确 计算 叶 轮 强度 。采 用 数 值 模 拟 仿 真 的 方 法 ， 通 过 有
限 元 软 件 ＡＢ ＡＱＵＳ计 算 叶 轮 强 度 ， 计 算 内容 包 括 叶 轮 的动 静 强 度 。物 理 模 型 选 取 叶 轮 的 １ ／ ６ ６ ， 静 强 度
Ｍ ａ ｒ ． ２ ０１ ２
２ ０ １ ３年 ３月
烟 机 叶 轮 的计 算 模 型研 究 与 强度分 析
肖云 峰 ，孙 涛 ， 唐 涛。 ，吕 涛 ，张 志莲
（ １ ． 北 京 石油 化工 学 院 ，北 京 １ ０ ２ ６ １ ７ ；２ ．北 京 化 工 大学 ， 北京 １ ０ ０ ０ ２ ９ ； ３ ．成 都 成 发 科 能 动 力 工 程 有 限公 司 ，四川 成 都 ６ １ ０ ５ ０ ０ ）
６ ６ ， 其 叶轮及 转 子模 型如 图 １所 示 。叶轮 三 维 有 限元 模 型为轮 盘 圆周方 向的 １ ／ ６ ６ ， 即对其 中
１ 个 叶 片及 相 应 的 轮 盘进 行 建 模 和计 算 分 析 ，
的零件 ， 对 烟机效 率和使 用 寿命有 直接影 响 ［ １ ］ 。 在催 化裂 化装 置 的各类停 机 故 障中 ，由于烟 机 故障， 尤 其 是 叶片 断 裂而 导 致机 组 停机 占很 大 比例 ，烟机 的平稳 运行 直 接关 系到 整个装 置 的
第 ２ １卷
第 １期
北京 石油 化工 学 院学 报
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｂｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ
Ｐｅ ｔ ｒ ｏ — ｃ ｈｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ Ｔｅ ｃ ｈｎｏ ｌ ｏ ｇｙ
Ｖｏ １ ． ２ １ ＮＯ ． １
安全稳 定运 行 ］ 。叶轮 的破 坏主要 有两 方面 原 因： 烟气 对叶 片 的冲蚀 和 叶片 的疲 劳破 坏 。烟
计算模 型 的实体 如 图 ２所示 。
气 的冲蚀 主要 与烟气 中催 化剂 的浓度 和粒度 有 关 ，而疲 劳破 坏 则 与 叶 片 的 受 力 和 振 动 频 率
有关 。 叶片 尺寸 、 温 度及 叶片 根 部 固定 情 况 等 因
废 烟气 。介 质通 过 叶 轮 时膨 胀 做 功 ， 烟 机 将 烟
气 的一 部 分 内能 与动 能转 化 为 机械 能 输 出 ， 达 到 回收利用余 能 的 目的 。叶轮是烟 机 中最 重要
１ 几 何模 型 与 网格 划 分
以某 型号烟 机 为研 究 对 象 ， 一 级 叶 片数 为
助于有 限元 软件 ＡＢ ＡＱＵＳ对 某 型号 烟 机 叶轮
的能 量 回 收透 平机 械 ， 其 工作 介 质 为流 化 催化 裂化装 置 （ Ｆ Ｃ Ｃ ｕ， 简 称催 化 裂 化 装 置 ） 内催 化
剂 再生 烧焦 过程 中产生 的具有 一定 压力 的高 温
进行 仿 真模 拟 ， 研 究 和分 析强 度 计算 的三维 有 限元模 型 和计算结 果 。