第三章:转子、叶轮结构和强度计算_最终
航空发动机压气机转子叶片强度计算及气流场模拟
航空发动机压气机转子叶片强度计算及气流场模拟摘要压气机是为航空发动机提供需要压缩空气的关键部分,由转子和静子等组成,其中转子叶片是完成该功能的核心零件,在能量转换方面起着至关重要的作用。
叶片工作的环境比较恶劣,除了承受高转速下的气动力、离心力和高振动负荷外,还要承受热应力,所以在叶片设计之中,首先遇到的问题是叶片结构的强度问题,转子叶片强度的高低直接影响发动机的运行可靠性,叶片强度不足,可能会直接导致叶片的疲劳寿命不足,因此在强度设计中必须尽量增大强度,以提高叶片疲劳寿命和可靠性。
由进气道、转子、静子等组成的离心式压气机内部流动通道是非常复杂的,由于压气机是发动机的主要增压设备,其工作的好坏对发动机的性能有很大的影响。
随着现在的计算机和数字计算方法的大力发展,三维计算流体模拟软件越来越多的被运用到旋转机械的内部流场进行数值分析。
本文利用三维流体模拟软件ANSYS系列软件对压气机内部的气体流动性能进行模拟,得到一些特征截面的压力和速度分布情况。
关键字:转子叶片;强度计算;Fluent;轴流式压气机AbstractThe compressor is to provide compressed air for the needs of key parts of aero engine, the rotor and the stator, etc., wherein the rotor blades are core components to complete the function, plays a crucial role in the transformation of energy. The blade working environment is relatively poor, in addition to withstand high speed aerodynamics, centrifugal force and vibration in high load, to withstand greater thermal stress, so in the blade design, the first problem is the strength of the blade structure, the rotor blade strength directly affect the reliability of the engine, blade lack of strength, may directly lead to the fatigue life of the blade is insufficient, so the strength design must try to increase the strength, to improve the blade fatigue life and reliability.The internal flow passage of centrifugal compressor inlet, rotor and stator which is very complex, is mainly due to the high pressure equipment of the engine, has great impact on the performance of the quality of its work on the engine. With the development of computer and digital calculation method, 3D computational fluid simulation software has been applied to numerical analysis of internal flow field of rotating machines. In this paper, the fluid flow characteristics in the compressor are simulated by using a series of ANSYS software, and the pressure and velocity distributions of some characteristic sections are obtained.Keywords: rotor blade; strength calculation; Fluent; axial flow compressor目录1 引言 (1)课题介绍 (1)研究方法 (1)直接计算法 (1)有限元分析法 (2)2 转子叶片 (2)叶身结构 (3)榫头结构 (5)叶片截面的几何特征 (7)3 叶片强度计算 (10)叶片受力分析 (10)离心拉应力计算 (10)离心弯应力计算 (12)气流弯应力计算 (15)叶片热载荷 (18)榫头强度计算 (19)4 压气机内气流场的模拟 (21)Fluent软件介绍 (21)双向流固耦合 (22)模型建立 (23)实体模型的建立 (23)ICEM CFD网格划分 (27)相关条件的设置 (28)运行结果和分析 (29)速度计算和分析 (29)压力场计算和分析 (31)5 结束语 (33)【参考文献】 (34)致谢 (35)附录1 相关英文文献: (36)附录2 英文文献中文译文: (50)1 引言1.1课题介绍压气机是用来提高进入发动机内的空气压力,提供发动机工作时所需要的压缩空气,也可以为座舱增压、涡轮散热和其他发动机的启动提供压缩空气[1]。
汽轮机叶片强度计算.
高频激振力
(1) 全周进汽的级 fex=znn 式中,zn是级的喷嘴数,一般zn=40~90
(2) 部分进汽的级 fex=1/T=znn 式中,zn为当量喷嘴数,相当于按部分进汽喷嘴数的节距, 把喷嘴片布满全周的喷嘴数。
叶片的自振频率的计算
单个叶片
先用叶片弯曲振动的微分方程计算自振频率 再对自振频率理论计算值进行修正(温度修正,叶片根 部牢固修正) 以上是静频率,考虑离心力的影响,用能量法计算动频 率。
蒸汽弯曲应力计算
(1)等截面叶片弯曲应力计算 蒸汽作用在每个叶片上的圆周力和轴向作用 力 Fu1与 Fz1 分别为
Fu1 G Ght u 1000Pu (c1 cos 1 c2 cos 2 ) Zb e uzb e uzb e
Fz1
G (c1 sin 1 c2 sin 2 ) ( P1 P 2)tbl Zb e
叶片动强度
叶片动强度概念 运行实践证明:汽轮机叶片除了承受静压力外,还 受到因气流不均匀产生的激振力作用。该力是由结 构因素、制造和安装误差及工况变化等原因引起的。 对旋转的叶片来说,激振力对叶片的作用是周期性 的,导致叶片振动,所以叶片是在振动状态下工作 的。当叶片的自振频率等于脉冲激振力频率或为其 整数倍时,叶片发生共振,振幅增大,并产生很大 的交变动应力。为保证叶片安全工作,必须研究激 振力和叶片振动特性,以及叶片在动应力作用下的 承载能力等问题,这些属于叶片动强度范畴。
重新安装叶片,改善安装质量 增加叶片与围带或拉筋的连接牢固度 加大拉筋直径或改用空心拉筋 增加拉筋数 改变成组叶片数目 增设拉筋或围带 采用长弧围带 叶顶钻孔
叶片动强度指标
汽轮机叶片除受到静应力作用外,还受到叶片震动 是的动应力的作用。评价叶片在静动应力复合作用 下的安全性是,必须知道叶片材料在静动应力联合 作用下的机械性能。用耐振强度表示叶片材料在静 动应力复合作用下的动强度指标,它由材料试验确 定。叶片所受的动应力应该小于该工作条件下的耐 振强度才安全。对于不调频叶片,对振动频率没有 限制,允许在共振下运行,它主要判断动应力是否 在许用耐振值内,而调频叶片不允许共振下长期运 行。
离心泵维修技能知识考题(附答案)
导读导读●一、填空题(每题2分,共20分)●二、判断题(每题1分,共10分)●三、选择题(每题2分,共20分)●四、简答题(每题4分,共40分)●五、开放题(每题5分,共10分)离心泵维修技能知识考题(答案在下面)一、填空题(每题2分,共20分)1.离心泵的主要工作部件为______。
2.离心泵的转子和叶轮的连接方式有______和______两种。
3.离心泵结构上通常由四个部分组成:泵体、______、叶轮和密封件。
4.离心泵叶轮一般采用______或______材料制作。
5.泵轴的弯曲度应该______。
6.受到液体阻力的作用,离心泵效率不会高于______%。
7.大流量低扬程的离心泵又被称为______型离心泵。
8.当离心泵出口压力降低时,可能是______问题导致的。
9.在离心泵的安装过程中,应注意将泵与电机轴心______度,并控制最大允许轴向偏差为______mm。
10.离心泵的减速器一般采用______型号电机驱动。
答案:1.叶轮 2.平键连接、螺纹连接 3.泵盖 4.铸铁、不锈钢 5.偏差小于0.05mm6.80%7.混流8.空气堵塞管道9.垂直,0.3mm10.YC二、判断题(每题2分,共20分。
答案在题目后,T表示正确,F表示错误)1.叶轮失衡、轴弯曲、悬置不当等原因会导致离心泵产生噪声和振动。
(T)2.平键连接适用于大功率的离心泵,连接可靠牢固。
(F)3.离心泵泵轴的弯曲度应该控制在0.5mm以内。
(F)4.离心泵可能出现的故障包括轴弯曲、出口压力低、叶轮失衡等。
(F)5.泵与电机之间的轴向偏差不应大于0.3mm。
(T)6.泵的扬程指的是液体被压缩所产生的热量。
(F)7.泵内发生异物堵塞或叶轮磨损时,离心泵的运转声音会比较大。
(F)8.法兰连接方式适用于离心泵壳体和电机之间的连接。
(F)9.悬挂支架是否平稳、泵轴与电机轴是否垂直是离心泵安装需要注意的问题之一。
(T)10.泵壳内部的洁净程度对于离心泵的使用寿命没有影响。
转子叶片结构和强度计算叶轮隔板
谢永慧
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透平零件结构与强度计算
2013-10-12
2013-10-12
1200mm叶片 整体阻尼围带
凸台拉金
四对齿枞树型 叶根
西安交通大学叶轮机械研究所
谢永慧
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透平零件结构与强度计算
离心力和气动力
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扭转应力
叶片受热不均
热应力
一般情况数值较小,计算时往往略去
叶片
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透平零件结构与强度计算
多排拉金
底部截面拉应力
C Cs Cl F
西安交通大学叶轮机械研究所
谢永慧
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透平零件结构与强度计算
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底部截面拉应力
C F
l 2 Rm
增大等截面叶片截面积不能降低拉应力
围带离心力
Cs Fsts 2 Rs
拉金离心力
Cl Fl tl 2 Rl
ts,tl 为围带和拉金的节矩,Fs,Fl 为围 带和拉金的横截面积
透平零件结构与强度计算
气流力切向分量
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Pu
G Z 2
(c1u
c2u )
从轮周功求解
Pu
Gh0u uZ 2
1000 N u uZ 2
注意C2u的方向,若 < 90º,则C2u以负数代入
气流力轴向分量
西安交通大学叶轮机械研究所
Pa
G Z 2
(c1a
c2a ) ( p1
p2 )tl
谢永慧
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透平零件结构与强度计算
实际计算中采用数值积分的方法
分段的离心力
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 ;
矿用主通风机动叶片的强度计算
矿用主通风机动叶片的强度校核叶片叶柄强度校核原理轴流通风机的叶轮在旋转时,叶片上受到离心力和气流流动压力;前者造成拉伸,后者导致弯曲。
在扭曲叶片中,离心力也会造成弯曲。
离心力和由它所引起的应力在叶片顶端为零,向叶根逐步增大,到叶片根部时达到最大值。
作用在叶片上的总离心力P (见图五)为:P c =m ω2r式中 m ——叶片质量(kg );r c ——叶片重心至叶轮中心之距离(m );ω——叶轮角速度(s -1)ω=30n 叶片根部的拉伸应力σc (Pa )为:σc =S P c 式中S ——对于叶片焊接在轮毂上的叶轮,S 为焊缝面积;对于叶片通过叶轮固定在轮毂上的叶轮,S 指叶柄的横截面积(m 2)。
ωcP c图6 轴流通风机叶片拉伸计算图图五 轴流通风机受拉伸应力图气流流动压力引起的荷载力P h 可以分解为切向力P u 和轴向力P z(见图六)。
计算中假设荷载力作用在叶片平均半径的位置上。
θpθhω图六 叶片受气流压力分析图切向力P u (N )决定于传动功率、叶片数和叶片平均半径处的圆周速度:P u =msh Zu P 1000 式中 P sh ——轴功率(kW );Z —— 叶片数(个);u m —— 叶片平均半径处的圆周速度(m/s )。
轴向力P z 决定于叶轮产生的静压差、叶片长度和叶片平均半径圆周上的节距:P z =ΔP st lt式中ΔP st ——叶轮产生的静压差(N/m 2);l ——叶片全长(m );t ——叶片平均半径圆周上的节踞荷载力P h (N )就等于切向力P u 和轴向力P z 的合力为: 22z u h P P P +=为了求得气流荷载力P h 引起的弯矩,先要根据叶轮图确定叶片根部截面的法线与圆周切线之间的夹角θh ,以及荷载力P h 与圆周切线之夹角θp ,如图所示。
在叶片长度L 方向上受到的弯矩为:)cos(2p h h h L P M θθ-= 其中 k h θθ-=90 (k θ为叶片安装角) )arctan(u z p P P =θ叶片离心力产生的附加弯距:1PcL Mc = 式中 L1——叶片重心处弦长的10% 。
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。
矿用主通风机动叶片的强度计算
矿用主通风机动叶片的强度校核一、 原始数据通风机的转子直径:2.5m ;通风机的主轴转数:750rpm ;通风机的全压:2100Pa通风机的流量:100m 3/s叶片的安装角:37-50度,任选其一叶片数:12-22片,任选其一通风机的效率:0.75-0.86,任选其一动叶片的结构尺寸如附图所示(图另附)。
二、 设计任务校核叶片支杆根部断面的强度;校核支杆第一铆钉处断面的强度。
安全系数要求大于或等于2。
三、 叶片叶柄强度校核原理轴流通风机的叶轮在旋转时,叶片上受到离心力和气流流动压力;前者造成拉伸,后者导致弯曲。
在扭曲叶片中,离心力也会造成弯曲。
离心力和由它所引起的应力在叶片顶端为零,向叶根逐步增大,到叶片根部时达到最大值。
作用在叶片上的总离心力P (见图五)为:P c =m ω2r式中 m ——叶片质量(kg );r c ——叶片重心至叶轮中心之距离(m );ω——叶轮角速度(s -1)ω=30n叶片根部的拉伸应力σc (Pa )为:σc =SP c 式中S ——对于叶片焊接在轮毂上的叶轮,S 为焊缝面积;对于叶片通过叶轮固定在轮毂上的叶轮,S 指叶柄的横截面积(m 2)。
气流流动压力引起的荷载力P h可以分解为切向力P u和轴向力P z(见图六)。
P u =m shZu P1000式中 P sh ——轴功率(kW );Z —— 叶片数(个);u m —— 叶片平均半径处的圆周速度(m/s )。
轴向力P z 决定于叶轮产生的静压差、叶片长度和叶片平均半径圆周上的节距:P z =ΔP st lt式中ΔP st ——叶轮产生的静压差(N/m 2);l ——叶片全长(m );t ——叶片平均半径圆周上的节踞荷载力P h (N )就等于切向力P u 和轴向力P z 的合力为: 22z u h P P P +=为了求得气流荷载力P h 引起的弯矩,先要根据叶轮图确定叶片根部截面的法线与圆周切线之间的夹角θh ,以及荷载力P h 与圆周切线之夹角θp ,如图所示。
转子平衡临界转速与强度
端面Ⅱ半径R处钻孔,去掉质量为 mⅡ ,则
也可在相反的方向加配重,这样转子就可达到刚性动平衡。如 F1 , F2 不垂直,则可将 它们分解到垂直与水平方向,而后如上所算。
化工机械强度与振动
二、转子柔性动平衡(高速动平衡) 由离心惯性力引起的动挠度是和转速有关的。因此,在低速时平衡(又称刚性平衡) 的转子,到高速时又可能会失稳而剧烈振动。校正这种动不平衡必须把离心惯性力 引起的动挠度影响考虑进去,故称为柔性动平衡或高速动平衡。
2
薄圆盘装斜了也可产生动不平衡。在转速较高的情况下,只要有很小的偏斜(约 1°),就会引起超过静反力百倍以上的反力。 现有如图4-3所示长转子,长度为l,半径为R。在距左端l/3的平面内垂直方向有偏心 2 量 m1e1,在中间平面内水平方向有偏心量 m2 e2 m1e1
3
化工机械强度与振动
偏心质量产生的离心惯性力总可以合成一通过旋转轴并与之垂直的合力和一个合力偶, 要平衡它们一般可选转子的两个端面和加配重或钻削掉一些重量。重量的大小和方位 很容易确定。
式中
r
k c , n , n m 2 mk
化工机械强度与振动
O’(x,y)点的运动轨迹是一个圆,其半径即转轴的动挠度
OO R x y
2 2
er 2
1 r 2 r
2 2
2
(4-7)
从以上两式可见动挠度R随频率比r的变化而变化。当r值较小时(r<<1),线段O‘C=e 比盘心位移段OO’=R导前的相位角 / 2 ,动挠度R值亦较小。当r=1,即 n 时, / 2,如在无阻尼情况下,此时动挠度趋于无限大,实际上由于阻尼的作用, 动挠度为有限值。这个较大的动挠度仍将会导致转子的破坏,并使机组受到巨大的激振 力而剧烈振动。这时的转速称为临界转速,以k nk 表示,及临界转速 k 在数值上 等于转子横振动的固有频率,所以它的数值可以用计算转子横振动固有频率的方法来计 算。
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。
航空发动机强度与振动--各章作业
三、计算题
1、某等截面、无扭向、根部固装的转子叶片长 l = 16cm , E = 5.0 ×105 cm / s , J = 0.8cm4 , A = 5cm2 , ρ
( 1 ) 请 求 出 前 三 阶 弯 曲 振 动 的 固 有 频 率 ( 固 有 频 率 的 单 位 为 Hz )。 计 算 公 式 已 经 给 出 :
4、旋转着叶片的自振频率称为
;静止叶片的自振频率称为
。
5、叶片的振动阻尼有
,
,
三类。
6、列举出一些常用的提高叶片抗振阻尼的结构措施。
7、从气动和结构两个方面分析下带冠叶片的优缺点。
8、燕尾形、枞树形、销钉式三种榫头榫槽的连接方式中,哪种叶片和轮盘的连接方式抗振阻尼最好?
9、如图,试解释双榫根构造的叶片,抗振阻尼较好的原因?
8、判断弹性元件的串联或者并联。
6
第一章 转子叶片强度计算
9、在图(a)中,两弹簧是并联还是串联?在图(b)中,若将弹簧的长度变为原来的一半,则此一半长度的弹簧 的刚度系数是多少?
10、系统受外界激励作用而产生的振动称为( )振动。激励根据其来源可分为两类:一类是( ),
另一类是(
)。
7
第一章 转子叶片强度计算
5、不管是实心盘还是空心盘,热应力σθ 在轮盘外缘处呈压应力状态。
第三章转子、叶轮结构和强度计算
谢永慧
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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
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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
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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
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透平零件结构与强度计算
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
汽轮机介绍之转动部分的结构及作用
汽轮机介绍之转动部分的结构及作用汽轮机是一种将热能转化为机械能的热能机械装置,广泛应用于发电、航空、航天等领域。
汽轮机的转动部分是整个机组的核心,负责将高速旋转的热能转化为机械能。
本文将介绍汽轮机转动部分的结构以及其作用。
汽轮机的转动部分由以下几个组成部分构成:1.转子:转子是汽轮机转动部分的核心部件,通常由高强度材料制成,如铸铁、钢等。
转子由主叶轮、中叶轮和末叶轮组成,每个叶轮上安装有叶片。
转子的作用是将热能转化为机械能,通过高速旋转带动轴系转动,进而驱动发电机或其他设备。
2.轴系:轴系是支持和连接转子的重要组成部分。
轴系通常由轴、轴承、油封等零部件构成。
轴是负责承载转子旋转力的重要组件,需要具备足够的强度和刚度。
轴承则用于支撑和定位转子,使其能够稳定旋转,并承受轴向和径向力。
油封用于防止润滑油泄漏,保证轴系的正常运转。
3.换向器:换向器位于转子的高速旋转部分,其作用是改变蒸汽流动的方向。
换向器通常由固定叶片和转动叶片组成,通过改变叶片的位置,使蒸汽在叶片上产生反作用力,从而改变蒸汽的流向,实现能量的传递和转换。
4.冷却系统:汽轮机转动部分会因为高温和高速旋转而产生大量热量,如果不及时散热,可能导致转子变形甚至损坏。
因此,冷却系统是汽轮机转动部分中非常重要的组成部分。
冷却系统通常通过沿轴向布置的冷却通道和冷却空气来实现,这些冷却通道可以将热量从转子中传导出去,降低转子的工作温度,确保转子的正常运转。
汽轮机转动部分的作用是将蒸汽能量转化为旋转机械能,并输出给发电机或其他设备。
在汽轮机工作过程中,蒸汽从汽轮机的锅炉进入转动部分,通过主叶轮和中叶轮的叶片将其动能转化为机械能,驱动轴系旋转。
而末叶轮则将剩余的能量进一步转化为机械能,提高汽轮机的整体效率。
此外,汽轮机的转动部分还具有以下作用:1.平衡作用:汽轮机的转动部件需要精确制造和安装,以确保转子在高速旋转时能够保持平衡。
平衡失调会导致振动和噪音增加,甚至使整个机组发生故障。
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。
离心泵转子强度计算分析方法
离心泵转子强度计算分析方法李阳;刘岩;杨宏伟【摘要】以API 610 BB2泵型为例使用有限元仿真软件ANSYS,进行了转子的强度计算分析,分析方法采用实体单元20节点六面体单元186号和10节点四面体单元187号组合.通过对转子的模态与强度进行计算分析,最终确定了满足实际运行要求的泵转子强度设计方案.【期刊名称】《化工装备技术》【年(卷),期】2019(040)004【总页数】5页(P30-34)【关键词】离心泵;转子;强度分析【作者】李阳;刘岩;杨宏伟【作者单位】广东肯富来泵业股份有限公司;广东肯富来泵业股份有限公司;大连深蓝泵业有限公司【正文语种】中文【中图分类】TH311转子是离心泵的关键部件,保证转子安全工作是泵设计制造时的重要因素。
转子属于过流部件,始终运行在高温高压、低温深冷、高速高磨损等各种恶劣工况中。
转子不间断地承受着由于叶片和转子本身离心力及温度分布不均引起的温度应力。
离心泵转子和其他转动设备一样,不平衡质量离心力会引起转子振动,同时传递作用在叶轮叶片上的液流引起的扭矩,因此在离心泵的研发设计过程中,必须对叶轮、转子进行强度计算。
以API 610 BB2泵型式为例进行转子的强度计算分析,该泵为卧式径向剖分、单级双吸叶轮、双蜗壳离心泵,从泵驱动端看叶轮为逆时针方向旋转,图1为泵剖视图。
通过对转子的模态与强度计算进行分析,确保泵转子的强度设计满足实际运行要求。
1 离心泵基本参数该泵的运行参数可见表1。
表 1 基本计算参数工况流量Q /(m3·h-1)扬程H/m转速n/(r·min-1)介质温度/℃轴功率/kW额定点 3 092 609 4 899 178 5 662设计点 3 620 616 5 041 178 6 297图 1 BB2泵剖视图API 610—2010规范和查询《ASME锅炉及压力容器规范》得到178 ℃时该泵的材料特性,可见表2。
表 2 材料物理特性表(178 ℃)部件材料弹性模量E/GPa泊松比μ密度ρ/(kg·m-3)屈服强度Sy /MPa抗拉强度Su/MPa基本许用应力S/MPa叶轮 A-487 CA6NM 191 0.31 7 750 497 736 210轴 A-182 F6NM 191 0.31 7 750 578 789 226轴套 17Cr16Ni2 185 0.31 8 030 154 499 1362 载荷分析对转子部件在额定点与设计点两种工况下的强度进行计算。
第三章旋转件的平衡
• 1.确定动平衡机实际剩余不平衡量的方法:
• 8点试重法,就是将一块相当于转子预计剩余 不平衡量5到10倍的试重块,依次加在转子8等 分的各个角度位置上,并读出相应角度的不平 衡指示数,然后在坐标纸上作出相应的点,通 过这些点绘一曲线,它是一近似的正弦曲线。 取8个读数的平均值与试重值相减即为实际剩 余不平衡量。
四、对旋转件的要求
1、旋转件应在找静平衡前检修完毕并组 装 好; 2、套装件不得有松动现象; 3、轴颈的不圆度≤0.02mm,圆锥度 ≤0.05mm ; 4、采用假轴找静平衡时,假轴的加工精 度
五、找静平衡前的准备工作
1、工量具的准备
扳手、框式水平仪、天平、钢钣尺、 划 针盘等。
2、材料的准备
调整垫片、玻璃泥或橡皮泥、黄油等。
判定不平衡重的方位
第一次试加质量
第二次试加质量
加平衡质量
八、试加重法(找不显著静不平衡)
1、将转子端面8等分,逆转向编号。 2、依次在8个等分点相对应的加重半径上 试加质量,求得S1、S2……S8。 3、以圆周等分点为横坐标,以试加质量为 纵坐标,绘制曲线图;找出曲线的最高点和 最低点;求得S最大和S最小。 4、计算平衡质量Q的大小。 Q=( S最大+S最小)/2 5、加平衡质量,检验平衡效果。
• 3.不平衡量减少率η(或URR):
• 按平衡机的指示值,转子经过一次平衡 校正后所减少的不平衡量(指不平衡量的 大小这里不考虑校正的工艺误差)与转子 的初始不平衡量之比,称为平衡机的不 平衡减少率。它是衡量平衡机平衡效率 的性能指标。用符号η(或URR)表示。
平衡工艺与方法
• 不平衡的转子经过测量其不平衡量,并加以校 正以消除其不平衡,这就是转子平衡的工艺过 程,也称平衡试验。它是转子机械加工中的重 要工序。
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第三章 转子、叶轮结构和强度计算
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 转子和叶轮结构 旋转薄圆环应力计算 叶轮应力状态和基本计算公式 等厚度叶轮应力分析 实际叶轮应力计算 套装叶轮按松动转速计算过盈和应力 叶轮温度应力计算 整锻转子强度计算 叶轮、转子材料和许用应力
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。
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3-1 转子和叶轮结构
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3-1 转子和叶轮结构
9FA重型燃气轮机拉杆转子
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3-1 转子和叶轮结构
二、叶轮结构设计
从叶轮的工作条件和受力情况方面分析,叶轮是处在高温工质内并以高速 旋转,叶轮用来承装叶片。叶轮工作时,承受的力如下:
第三章 转子、叶轮结构和强度计算
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 转子和叶轮结构 旋转薄圆环应力计算 叶轮应力状态和基本计算公式 等厚度叶轮应力分析 实际叶轮应力计算 套装叶轮按松动转速计算过盈和应力 叶轮温度应力计算 整锻转子强度计算 叶轮、转子材料和许用应力
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3-2 旋转薄圆环应力计算
空心鼓式转子接近于旋转圆环,这种转子的特点是转鼓壁厚δ比它 的直径D小得多,可 以当作旋转圆环来计算。 从圆环中切出一宽度为b,且 以两径向截面为界的微元体,两径向 截面之间的夹角为dθ,如图所示。 在微元体上作用有三个力: 一是微元体质量dm的离心力;其余两 个是大小相等的切向力dT。 离心力:
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3-3 叶轮应力状态和基本计算公式
为了提高转子强度,应以叶轮代替圆环组成转子,因为圆盘的 强度比圆环的强度好。圆盘的受力情况与自由圆环不同,在圆盘中的 任一圆环,外层把它向外拉,里层把它向里拉,即在径向方向存在径 向应力,此外也同样存在切向应力。 叶轮的应力状态是轴对称平面应力状态: 叶轮主平面内只有径向应力和切向应力,且同一半径上各点的 径向应力、切向应力各自相等,即叶轮任一过轴线的径向截面(子午面) 上的应力可以代表其他径向截面上的应力状态。 从叶轮中切出一块微元体,分析微元体的受力平衡。为了表示 叶轮各点的应力状态,在叶轮任意部位上,取半径相距dR的两个圆弧 面和夹角为dθ的两个径向截面所切出的无穷小微元体。
(1) 叶轮自身质量引起的离心力; (2) 叶片引起的离心力,一般称为叶轮外部径向载荷,通常包括叶片(包 括围 带、拉金)、叶根联结部分(叶根和轮缘)的离心力; (3) 由于叶轮红套在轴上的过盈产生的接触压力(对于套装叶轮而言)。 以上三项载荷引起的应力与叶轮旋转速度有关称为转动应力; (4) 在较高温度区域内以及透平起动过程中,叶轮受到温度沿径向分布不 均匀引起的温度应力; (5) 由于叶轮轴向振动将产生振动应力。
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。
对于承受较重载荷的叶轮 (低压转子的叶轮),由于强度不允 许在叶轮内孔开轴向键槽,因为在 叶轮内孔键槽周围要引起应力集中。 此时键应装在叶轮或特置的中间环 的端面上,这种键称为径向键(端 面键)。
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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。
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R
d
3-2 旋转薄圆环应力计算
2 R 2 u 2
旋转圆环的应力ζθ 只与圆周速度的平方有关。当圆周速度稍有增加 时,圆环的应力将大大增加。表3-1列出不同圆周速度时,旋转圆环的应力值。
对于一般材料制成的空心鼓式转子,其圆周速度限制在150米/秒 以内。表上计算的数据还没有考虑转子上叶片的离心力,如果把它计算 进去能用的圆周速度还要低。 分析旋转圆环强度低的原因,主要是圆环和叶片径向的离心力 只靠圆环圆周方向的切向应力ζθ平衡,因此切向应力较大。由此可见, 接近旋转圆环的空心转鼓强度低,不适宜用作高转速、大直径的透平转 子。但空心转鼓也有它的优点,即重量轻,抗弯刚度大。
dC
dT
d 2 d 2
dT
b
dC R 2 dm R 2 b Rd
式中 ρ—材料密度; R—旋转圆环的平均半径; ω—旋转角速度。
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R
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3-2 旋转薄圆环应力计算
切向力dT等于纵向截面的应力ζθ乘以面积
dT b
根据微元体径向分力平衡:
dC
dT
d 2 d 2
d dC 2dT sin dTd 2
R 2 b Rd b d
圆环的应力
dT
b
将dT与dC的值代入上式:
2 R 2 u 2
式中 u—旋转圆环圆周速度(m/s)
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3-1 转子和叶轮结构
叶轮结构设计的下一步骤是选择叶轮型线。 决定叶轮型线的方法有两种: 1. 一种是按给定应力曲线设计叶轮型线; 2. 一种方法是先选好一种叶轮型线算出它的应力,再来修改叶轮型线。 整个叶轮型线由下列几部分组成:(1)轮缘,(2)轮面,(3) 轮毂(对套装叶轮而言)。
轮缘是为了安置叶片,轮缘的形状与叶根的形状有关,一般 它是等厚度的。 轮毂的形状都是等厚度的。 轮面的型线有下述几种型式: (1)等厚度型; (2)锥形; (3)双曲线型; (4)等强度型。 实际叶轮的轮缘与轮面以及轮面与轮毂连接处均用圆弧或者 其他曲线圆滑地连接。
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3-1 转子和叶轮结构
一、转子结构型式
现代蒸汽轮机主要采用以下几种型式的转子:整锻转子、焊接转子、 套装转子以及上述两种型式组合的转子,譬如整锻转子上套装几个叶轮。 中压机组广泛采用套装转子,套装转子加工方便,生产周期短;材 料可以合理利用;叶轮、主轴等锻件尺寸小,易保证质量,且供应方便。 但套装转子在高温条件下,由于产生蠕变会使叶轮与轴之间产生松动。因 此不宜作为高压、高温汽轮机的高压转子。
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3-1 转子和叶轮结构
叶轮设计步骤: 1.由叶根联结部的型式选择适当的轮缘形状与尺寸,进行轮缘强度 计算,并确定轮缘上的外载荷; 2.选择轮面型线和轮毂尺寸(对套装叶轮)。一般轮毂的宽度约为与 轮面交界处宽度的1.5-2.5倍。在选择叶轮型线时,应综合考虑叶轮的应力 状态、叶轮振动特性、叶轮结构工艺性能以及叶轮型线的标准化等问题。 3. 选出合适的叶轮型线和结构,并预先确定叶轮各部分尺寸后,下 一步是进行叶轮应力计算。
焊接转子在燃气轮机中得到广泛应用。这种型式的转子除了刚度 和强度大外;由于转子轻巧,温度应力小,适应燃气轮机启动快的要求。
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3-1 转子和叶轮结构
拉杆转子是用拉杆螺栓将叶轮、轴头联成一整体所组成。拉杆的 作用是:既固定每个叶轮,又保证叶轮的对中,有时还传递扭矩。 拉杆转子不但具有焊接转子的所有优点,并且可以根据需要自由 选择各个叶轮材料而不受材料可焊性的限制,重量也可以做得更轻。
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前言
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。
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3-1 转子和叶轮结构
借过盈和键联结叶轮与轴的方法,不能用于 高温区域内工作的叶轮,因为高温蠕变会使过盈降低, 或者由于透平快速起动过程中叶轮迅速加热亦会使过 盈消失。因此在这种情况下应采用销钉、轴套来联结 叶轮与轴,如右图
为了保证叶轮与轴之间轴向位置不变,并保持 叶轮之间有一定的轴向间隙,应该采用轴向定位环。
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3-1 转子和叶轮结构
在高温、高压区域内工作的转子,最好采用整锻转子。因为整锻 转子的叶轮与轴是一整体,解决了高温条件下叶轮与轴连接可能松动的问 题。此外,整锻转子强度和刚度比同一外形尺寸的套装转子大,机械加工 和装配工作量小,而且结构紧凑(轴向尺寸短 );但是整锻转子的锻件大, 需要大型锻造设备,而且大锻件的质量较难保证,它的检验比较复杂。 整锻转子有两种型式:一种是转鼓式,另一种是轮盘式。 用于反 击式汽轮机中, 制造简单,刚度 很大,但强度较 低。只能用于圆 周速度较小的情 况。