滔设计附件开题报告

大型再制造离心式压缩机叶轮精确建模与离心应力分析毕业设计（论文）开题报告毕业设计（论文）题目：大型再制造离心式压缩机叶轮精确建模与离心应力分析1、课题的目的及意义1、1立项背景及意义离心压缩机的作用是将气体压力增大或者将气体从一个设备送往另一个设备，它由蒸汽透平或电机驱动，将机械能转变为气体的压力能，使气体的体积缩小，压力增高。离心式压缩机是一种叶片旋转式压缩机。在离心式压缩机中，高离心式压缩机内叶轮高速旋转，通过离心力作用给气体施压，以及在扩压通道中给予气体的扩压作用，使气体压力得到提高。最初这种压缩机只适于低，中压力、大流量的工作环境，而不被业内人士所看重。但由于近年来化学工业的快速发展，各种大型化工厂的建立。在化工生产中压缩和运输的关键机器就是离心式压缩机，其在化工领域占有极其重要的地位。随着气体动力学研究相继进行，使离心压缩机的效率不断提高，又由于各种密封及相关小部件的加工等技术都相应地研制成功，进而解决了离心压缩机向高压力，宽流量范围发展的关键问题，进一步地开阔了离心式压缩机的应用范围，以致取代往复压缩机。在生产这种基础原料的石油化工厂中，离心式压缩机也占有重要地位，是关键设备之一。除此之外，其他如石油精炼，制冷等行业中，离心式压缩机也是极为关键的设备。大型离心压缩机技术含量比较高，它是石油、化工等领域的关键设备，其工作稳定性直接影响到整个机组的安全运行。同时也是对于一个国家在重工业制造发展水平的标志性设备之一。从1900年法国制造出世界第一台离心压缩机开始。在北美和欧洲离心压缩机的设计和生产取得了较大的发展。从20世纪50年代开始，为适应化工行业的高压合成工艺需要，离心式压缩机开始向大流量，高压比方向发展。随着离心压缩机向大型、高速、高压比等方向发展，对叶轮的要求也越来越高，叶轮的可靠性问题是阻碍我国大型离心压缩机发展的关键问题。因此，研究和分析叶轮的可靠性已经成为迫切需要的问题。叶轮作为压缩机的主要承力部件，其主要功能是传输功率，在正常工作时候不仅仅是承受自身的离心力、气动力、激振力、外物冲击等等循环交变载荷与动载荷作用。其中叶轮发生的主要失效形式主要有循环疲劳断裂、变形超限、振动开裂等。这些都造成了叶轮本身的无法正常工作的表现。近些年来，随着市场扩大需求的种类以及各个行业的迅速发展，导致了对压缩机叶轮直径和出口宽度的增加。这类型号的压缩机的需求量增多，当叶轮裂纹发生的现象十分频繁的时候，严重的甚至影响到整个压缩机组的性能的安全保障性，再次叶轮的强度问题引起了业内人士的强烈的注意。对于大型离心压缩机的设计使用寿命一般为15至20年左右，叶轮的寿命和可靠性是大型离心压缩机设计制造中一个最为关键的设计指标。一般而言，转子和轴承决定着整台机器的寿命。由于转子的转速不断提高，转子与轴承间的作用不断增大，从而使得振动过载和振动位移增大，转子寿命减低。转子旋转时，由转子偏心造成的离心力会使转子产生横向振动，这种振动在临界转速上表现十分明显，为了确保机器在工作转速范围内不发生共振，工作转速适当地偏离临界转速，尽量避免转子在受到某种激励之后产生的共振给转子带来的严重的损坏。转子系统的动力可靠性对于确保离心压缩机转子系统能够安全可靠，长周期性地稳定运转具有着十分重要的理论和实际意义。1、2国内外研究现状1900年，第一台用于高炉鼓风机的离心压缩机在法国诞生；1906年，新型压缩机在瑞士研发生产，即拉托型压缩机：1934年世界上第一台多级轴流压缩机由瑞士生产的。但是20世纪50年代以后，随着离心压缩机广泛应用于各个行业里面，所需工况都有了进一步的提高。离心压缩机的设计叶轮方法主要有：几何设计方法、二维气动设计方法、准三维气动设计方法和全三维气动设计方法。而最早的叶片的型线成型方法是采用几何成型法，后来相继地提出了“双回转中心法”、“骨架成型法”。随着科技的不断创新，Whitfield、Krain等提出了相对而言更为复杂的型线表达式，离心压缩机几何设计中广泛采用Bezier多项式方法。由于没有充分考虑叶片表面载荷分布以及气动影响的几何成型法设计出的压缩机性能较差。当前几何成型法已经被比较成熟地气动方法所取代。当前离心压缩机的技术发展趋势是：压缩机产品向大型化、系列化、运行高效化、结构高速小型化、低噪声化方向发展。离心式压缩机的工作原理是电动机带动压缩机主轴叶轮转动，在离心力作用下，气体被甩到工作轮后面的扩压器中去。而在工作轮中间形成稀薄地带，前面的气体从工作轮中间的进汽部份进入叶轮，由于工作轮不断旋转导致气体能连续不断地被甩出去，从而保持了气压机中气体的连续流动。气体因离心作用增加了压力，以很大的速度离开工作轮，气体经扩压器逐渐降低了速度，动能转变为静压能，进一步增加了压力。叶轮是离心式压缩机中最重要的一个部件，驱动机的机械功即通过此高速回转的叶轮对气体作功而使气体获得能量，它是压缩机中唯一的做功部件，亦称工作轮。叶轮一般是由轮盖、轮盘和叶片组成的闭式叶轮，也有没有轮盖的半开式叶轮。对于叶轮的应力分析研究，国内外有着不少的研究成果。S．AKsoy等用有限元方法分析了整个叶轮表面应力，然后通过实验很好的证实了计算的结果；Ramamurti等通过循环对称的方法，对涡轮增压器中的高速离心叶轮通过用简化模型有限元方法进行了应力分析；LucianWitek等通过实验方法研究了透平压缩机叶片在激振力作用下，使其在共振状态破坏点的扩展，并通过有限元法研究了叶片在该共振状态下的振动中的应力状态。蔡兆麟等在旋转叶轮三维应力分布及其改善措施中，利用三维有限元素法对一个实际叶轮进行计算和分析比较，并提出了保证叶轮运行安全可靠的改进措施，他们的研究目的在于通过提高叶轮的转速来扩大其运用的广泛范围，以满足工程改造或减少设备投资的要求，因为要加大转速，那么相应的就会引起应力过大，所以通过叶轮结构的变化来改善。其中主要是通过在叶片进口和第一个筋板之间的地方，为了降低叶片的最大应力值，可在叶片进口和第一个筋板之间再增加个筋板；张小龙等用SOLIDWORK建立了E125叶轮的三维模型，采用正交试验法分析了模型中影响强度的几个因素，得到了影响最显著的因素，并且利用有限元法对其进行了优化；黄文俊等以某PTARPF循环风机叶轮为例，采用三维有限元方法，对叶轮与轴过量配合的装配应力、工作转速时的动态应力及其固有频率进行了有限元计算与分析。罗嘉陵等[7]用MSC/patran建立风机叶轮的有限元模型，然后用MSC/patran对叶轮进行力学分析。通过不同的方案进行比较，以得到优化的方案。转子系统的动力可靠性对于确保离心压缩机转子系统能够安全可靠，长周稳定运转具有着十分重要的理论和实际意义。国内外也做了相应的一些研究。马辉等在大型离心压缩机转子系统不平衡响应分析中对大型离心压缩机转子系统不平衡响应进行分析。考虑膜片联轴器和5瓦可倾瓦轴承的影响，首先建立转子轴承系统的有限元模型；然后按照相关标准进行不平衡响应的计算，分析了各种轴承参数，如长径比，间隙比以及润滑油型号对轴颈振幅的影响；最后将所得到的结果与工厂试车数据进行了对比分析，研究结果可为压缩机转子系统轴承参数选择提供了理论参考。李明等转子的几何参数对某DH型压缩机组动力学特性的影响分析中，针对某国产ＤＨ型离心压缩机组的齿轮轴－齿轮联轴器－电机轴系统进行了系统的动力学分析，首先给出了齿轮联轴器耦合转子－轴承系统的运动微分方程，然后对该转子系统轴承上的负荷分配和系统的临界转速影响十分明显。李啸天等利用有限元软件ANSYS对转子结构进行了模态分析，得到了系统的固有频率和振型，避免工作转速达到临界转速产生共振现象。陈龙等以有限元分析软件ANSYS为基础，使用该软件校核普通圆轴的强度、刚度和临界转速的过程及应注意的一些问题。在满足相应的要求的情况下轴的优化设计方法。赵国桥等的扭振临界转速的计算对确保汽轮机和气压机组的安全运行十分重要。提出了旋转式机械转子系统的扭振临界转速计算方法，并用相应的计算程序对实例进行了计算分析。于跃平等的H81—1离心压缩机第三级转子计算与分析中，分析了拉紧螺栓结构特殊性，齿轮传动力和支座刚度等因素对转子临界转速的影响，同时探讨了拉紧螺栓的计算建模方案问题。张小龙等人的E125叶轮的强度优化设计中发现有限元优化法很方便实现单变量的优化设计，但是对多变量的优化不易找出满足条件的结果。戴继双等对大型离心压缩机转子系统结构参数优化设计，以转子系统弯曲振动的前二阶临界转速为目标函数，转轴的部分长度和直径作为设计变量来建立转子系统的有限元优化模型。近十年来，在经济全球化和激烈竞争的背景下，国外离心压缩机制造业也经历了不断的并购重组的过程。2、课题任务及研究内容2、1课题任务通过本毕业设计，使学生了解再制造离心式压缩机叶轮与新品叶轮之间区别、再制造叶轮修复所用的技术手段与方法；熟悉再制造离心式压缩机叶轮的工作原理及工艺特点；掌握再制造离心式压缩机叶轮结构特点；系统地掌握再制造离心式压缩机叶轮三维建模及有限元分析方法。2、2研究内容（1）通过文献检索和阅读消化，熟悉离心式压缩机叶轮的用途，掌握离心式压缩机叶轮工作原理；（2）结合某型号离心式压缩机叶轮，进行离心式压缩机叶轮失效分析，并建立离心式压缩机新品叶轮模型及离心式压缩机叶轮再制造模型；（3）建立再制造离心式压缩机叶轮的有限元模型，分析典型载荷下的叶轮结构应力分布。设计（论文）的主要技术指标：（1）掌握离心式压缩机叶轮结构特点；（2）结合某型号离心式压缩机叶轮完成新品与再制造叶轮三维建模；（3）完成再制造离心式压缩机叶轮的有限元分析。3、进度计划序号设计（论文）工作内容时间（起止周数）1写开题报告，外文翻译4周至6周2查阅相关的文献资料7周至8周3深入学习研究论文涉及到的内容9周至11周4完成课题拟定的研究内容12周至13周5撰写毕业论文14周至17周6论文答辩18周学生签名：年月日4、指导老师意见指导老师签名：年月日5、参考文献徐忠著.离心式压缩机原理[M].北京:机械工业出版社,1990.05F.Fantechi,M.Innocenti.ChloridestresscorrosioncrackingofprecipitationhardeningS.S.impellersincentrifugalcompressor.Laboratoryinvestigationsandcorrec