基于拓扑的再制造叶轮全六面体网格生成方法

为了有效提高离心式压缩机再制造叶轮仿真实验的仿真精度与求解效率,提出一种面向再制造叶轮的高质量的六面体结构网格划分方法。对失效叶轮的几何特征进行分析,并基于计算机辅助设计空间造型理论重构再制造叶轮几何模型;基于拓扑理论,提出复杂模型计算域虚拟规划方法,完成再制造叶轮计算域虚拟规划;综合运用带Laplace源项的网格生成算法与网格规模控制优化算法,以有效提高与控制再制造叶轮网格质量与规模。网格质量评估与有限元实际模拟计算表明,其网格模型具有网格质量高、求解精度高、求解效率快等诸多优点。     

离心压缩机叶轮主动再制造设计和时机调控方法

针对目前再制造中零部件经常出现的“滞后再制造”或“提前再制造”问题,提出了离心压缩机叶轮主动再制造设计和时机调控方法。选取关键零部件特征结构,结合疲劳寿命理论和叶轮设计基础,建立结构与服役性能的映射模型,实现关键零部件的主动再制造设计。通过优化特征结构参数,改变零部件服役寿命和再制造临界点,并与产品综合性能劣化拐点相匹配,完成零部件主动再制造时机调控。以PCL8L型叶轮为例,基于构建的叶轮特征结构(出口安放角、入口安放角和后缘厚度)与寿命之间的量化关系模型,在当前定期维护需求下,通过理论计算和仿真分析,验证了主动再制造设计和时机调控方法的可行性。     

时序效应对离心压缩机叶片非定常气动负荷影响

针对国内某大型企业不同机组离心压缩机叶轮叶片进行非定常流动数值分析,通过求解三维瞬态N-S方程组,得到流场分布和叶片表面的静压载荷信息。利用数值实验方法获得离心压缩机不同时序位置叶轮叶片表面动载荷的变化,并通过傅里叶变换得到叶轮叶片表面动载荷的分布特性,进而分析不同时序位置叶轮叶片表面气动负荷的差异。数值计算表明,时序效应对离心压缩机流道内流动以及叶轮叶片的非定常气动负荷存在不可忽略的影响,且合适的时序位置具有改进压缩机级性能的潜能。动载荷是压缩机叶轮叶片结构发生疲劳破坏的诱因,且不同机组离心压缩机中的时序效应对气动载荷的影响具有一致性。     

利用周期性特点进行离心叶轮三维有限元强度计算

利用三维有限元模型,对离心压缩机叶轮由于离心力引起的应力及其自由振动的固有频率进行了计算。采用的是２０ 节等参元,利用离心压缩机叶轮形状与载荷周期性循环对称的特点,通过引入周期性边界条件,将计算化为针对叶轮的一个叶道进行。最后,通过计算一个实际的叶轮,对该方法进行了验证。     

基于ANSYS Workbench的离心叶轮的振动特性分析

针对某型离心压缩机的叶轮使用SolidWorks建立模型,并通过ANSYS Workbench软体对其进行单向耦合分析。建立了离心叶轮的三维流场模型,得到了在设计转速下离心叶轮内部流场的应力分布,再将该气动力加载在叶片上,获得了离心力和气动力共同作用在叶片上的应力分布和最大变形量,最后对比分析了离心力和气动力对离心叶轮振动特性的影响。     

离心压缩机闭式叶轮轴向推力的计算方法研究

采用SA湍流模型对某离心压缩机的三维粘性流场进行了模拟。获得了该离心压缩机叶轮轮盘轮盖外侧的静压分布。采用实验对该离心压缩机叶轮轮盘轮盖外侧的静压分布进行了验证。在此基础上,提出了一种离心压缩机闭式叶轮轴向推力的计算方法。该方法考虑了叶轮种类、叶轮转速、叶轮直径、介质种类等因素对轴向推力的影响。最后,对某离心压缩机的叶轮轴向推力进行试验并和该方法的计算结果进行对比,计算结果和实验结果吻合良好。     

变厚度叶片对离心压缩机结构强度和性能影响

随着离心式压缩机向大流量、高压比、高效方向发展,使大型机组在设计、制造、使用寿命以及可靠性评估等方面存在一系列问题,特别是运行中存在的隐患。叶轮作为离心压缩机、泵等大型旋转机械的核心部件,其性能好坏直接关系到运行的安全性。离心压气机叶轮的结构设计既要考虑其气动性能,又要考虑其结构强度要求。本文研究了满足气动特性的叶轮结构的应力优化方法,用贝泽尔曲线拟合叶轮的子午线形状,通过叶片型线的放置角度和叶片厚度来控制叶片的三维形状。采用径向基函数(RBF),建立了叶轮的变效率和最大应力模型;利用cors-brf约束优化算法求解该优化问题。试验表明,该叶轮气动性能优良。     

虚拟激励法在叶轮随机振动分析中的应用

叶轮在运转过程中受到各种随机气动载荷的作用。分析时可以采用时域方法，用单向耦合方式求解结构的位移及应力响应，但整个多载荷步瞬态分析十分耗时。本文基于频域分析，采用虚拟激励法求解随机气动载荷作用下叶轮结构的响应问题，同时利用ANSYS谐响应分析模块及 APDL 命令流，实现了多维多点虚拟激励法在离心式压缩机叶轮的工程应用，得到叶轮结构的响应谱特征，继而求得响应的均值、方差、各阶谱矩等，为求解叶轮的超越概率以及可靠度指标等打下了基础。     

离心压缩机的逆向工程与几何参数化方法及应用

以一台四级离心压缩机为研究对象,采用便携式三维激光扫描仪和硅胶灌注方式,有效解决了闭式离心叶轮三维扭曲叶片的测量问题。在此基础上,使用Numeca软件的Autoblade Fitting模块对离心压缩机通流部件的离散坐标进行了几何参数化建模,并利用CFD方法对整机进行了流场分析。研究表明:本文所开展的逆向工程及参数化建模方法能够用于压缩机流场分析。     

一种离心叶轮三维叶片的快速成型方法

为了缩短离心叶轮叶片的三维设计周期，实现闭式离心叶轮自由曲面叶片的三维快速成型，本文提出了一种基于叶片中间面的自由曲面叶片快速成型方法。首先，采用三次均匀B样条理论对叶片中间面曲线坐标进行双向加密重构；然后，结合空间曲线参数方程及空间矢量相加法，则以重构后的中间网格面为基准建立初始叶片三维网格模型；最后，采用叶片中间面曲线坐标点绕轴旋转形成的空间曲线和初始叶片三维微元网格求交，求解获得单个自由曲面叶片曲面离散坐标。整个叶片三维建模过程可实现不同前、尾缘及厚度形状组合的离心叶轮三维叶片快速成型；该方法和传统的CAD建模方法相比，其调整叶片形状更加快捷便利，不仅能够提高离心叶片三维建模精度和效率，而且为叶片三维模型设计及优化提供了帮助。     

贯穿裂纹损伤的压缩机叶轮激光增材修复工艺研究

在复杂的服役载荷作用下,某型号CO_2压缩机第七级叶轮轮盘处出现了"贯穿裂纹",极大地影响了安全生产。为了快速高效地恢复叶轮的功能,对激光增材温度场与修复工艺进行了研究。建立逐层沉积有限元模型,进行温度场数值模拟,指导工艺参数优化;开展损伤叶轮增材再制造方案设计与实验,检测叶轮增材再制造质量,进行台架考核实验。研究结果表明:叶轮激光增材开始阶段温度降低,需增加热源输入量;增材再制造质量检测包括再制造区域结合强度、无损探伤、动平衡测试、工业CT与荧光检测均满足规定标准要求;上机考核,试机一次成功,满足了企业生产要求。叶轮增材再制造实验与实践验证了增材方案设计的合理性与工艺的可靠性。     

含分流叶片的离心压缩机级的数值分析

对含分流叶片的离心压缩机级进行了三维数值试验.重点分析了叶轮、扩压器和蜗壳部件中的流动特征,另外,数值计算的结果表明:离心叶轮分流叶片的位置、扩压器宽度,以及蜗壳型式等方面的不同选择都会对压缩机的性能造成一定的影响.最后对数值计算的精度进行了分析说明.     

面向低拆解损伤需求的过盈配合优化设计

再制造是一种对废旧产品实施技术修复和改造,并使其性能恢复甚至超过新品的绿色生产模式。长输管线用压缩机转子的叶轮与主轴间的过盈量设计时高达(1.7～2.2)‰,在再制造拆解环节中,配合面易产生划伤、粘着、犁沟等拆解界面损伤,为再制造带来额外的修复工作。配合长度愈大,损伤也愈趋严重。为此,提出了一种面向再制造的压缩机转子过盈配合优化设计方法。在对现有压缩机转子过盈结构进行数值分析的基础上,结合转子服役需求与静摩擦实验结果,对配合长度进行了优化。此外,为进一步降低拆解损伤,在保障服役需求的前提下,对配合界面进行了再制造织构设计。     

基于Workbench整体叶轮流固耦合强度分析

作为许多动力机械的核心部件的叶轮,其强度及可靠性的问题日渐突出。叶轮工作时,流体力和高速旋转时的离心力为其主要载荷。基于Workbench软件对整体叶轮的内部流场和工作压力分布进行数值模拟;使用ANSYS CFX进行复杂几何形状叶轮的流体动力分析,得到了整体叶轮的流场和工作压力场及流体载荷在叶轮内部产生的等效应力分布图,并耦合了旋转离心载荷等,研究了在高压工况情况下,叶轮的载荷组成和流固耦合下的叶轮强度。     

复杂载荷作用下压气机叶片疲劳寿命数值分析

为提高叶片服役寿命,在计算叶片应力分布并预测其在复杂载荷作用下的疲劳寿命后,基于逆向工程建立了三种不同精度的叶片模型;考虑离心和气动载荷作用,求解压气机叶片复合载荷作用下的应力分布规律;通过叶片模拟件疲劳试验,确定TC4钛合金疲劳极限,拟合寿命模型参数;利用非线性连续损伤力学模型预测叶片在典型工况下的疲劳寿命。结果表明：不同模型的应力及寿命计算值存在一定差异,开展叶片数值分析时,需考虑计算模型还原叶片几何特征的精度对计算结果的影响。     

高压离心式压缩机轴向推力研究

采用现代三维计算流体动力学CFD技术,对高压离心压缩机轴向推力进行分析.建立了叶轮间隙和迷宫密封的整体模型,并充分考虑了叶轮两侧密封对轴向推力的影响.     

大流量系数离心压缩机叶轮及扩压器气动设计与分析

本文以流量系数等于0.2的离心压缩机为研究对象,发展了大流量系数离心压缩机的设计与分析方法,完成了该压缩机叶轮+扩压器的一维方案设计、二维子午流道设计和三维叶片设计,并利用CFD软件对所设计的叶轮+扩压器进行了数值验证。结果表明:所发展的设计方法能够用于大流量系数离心压缩机研发,气动性能指标满足设计要求,对进一步优化设计和结构强度分析具有应用价值。     

一种基于Matlab的离心压缩机叶轮快速成型方法

为了缩短设计周期,实现离心压缩机叶轮的快速成型,以某离心压缩机的参数设计为例,基于Matlab编程实现传统单流道法和保角变换法对离心压缩机叶片进行轴面投影图、三维骨线图的绘制并得到三维骨线坐标。最后将三维数据导入到Pro/E中,生成三维离心叶轮。整个设计过程采用计算机辅助设计,减少了人工误差并提高了设计效率,便捷地做到参数可调与人机操作,设计思路和方法将为叶轮机械快速成型方法的研究提供参考。     

叶轮损失模型对离心压缩机性能预测的影响

针对目前离心压缩机损失模型的差异性,在总结离心压缩机叶轮损失模型的基础上,提出在计算各截面参数时采用多变系数替换绝热指数的方法.并利用MATLAB编写程序计算压缩机在不同流量和不同转速下的压比和效率.通过和单级离心压缩机性能实验数值比较,分析叶轮损失模型对压缩机性能的影响,得出了采用简化的叶轮损失模型对压缩机效率影响较大而对压比影响较小的结论.     

基于CFD的离心压缩机整级性能优化设计

本文采用CFD技术研究离心压缩机整级性能优化设计方法.首先用一元理论进行初始设计,应用全三维流场分析的方法分析叶轮、扩压器以及回流器叶片参数变化对压缩机性能的影响.在此基础上,对主要几何参数进行了优化设计.研究结果表明;通过在压缩机运行过程中调节扩压器叶片的角度,可以使压缩机的最大效率和工况范围均得到改善.对于本模型的压缩机,效率可提高3％以上.优化设计后压缩机整级气动性能得到明显改善.