離心壓縮機葉輪超高周疲勞特性研究.pdf

1、大型離心壓縮機在我國具有廣泛的工業(yè)應用背景，是一種重要的能源轉換裝置。由于其工況的復雜多變，使得葉輪葉片在高速旋轉過程中承受的動載荷不均勻性增加，導致葉片很容易發(fā)生疲勞失效。考慮到壓縮機葉輪結構復雜，成本高昂，可替代性差，從節(jié)省能源和降低成本的角度出發(fā)，葉輪再制造成為一種必然要考慮的途徑。為了對葉輪再制造提供理論依據，需要掌握葉輪葉片的力學特性及其疲勞性能。然而由于離心壓縮機的服役壽命長達十多年，其葉片的疲勞屬于超高周疲勞的范疇，國內目

2、前關于葉輪超高周疲勞的研究較少，尤其針對葉片常用材料FV520B-I高強度鋼超高周疲勞壽命預測的研究更是如此。因此，為了對葉輪再制造提供理論依據，對葉輪葉片的力學特性及FV520B-I高強度鋼的超高周疲勞特性進行了研究。
　　文章首先利用流體分析軟件Fluent對葉輪在三種不同工況下葉片的動載荷及應力進行了分析，確定了氣流擾動對葉片平均應力及應力幅的影響，解釋了葉輪疲勞失效多發(fā)的原因。并利用應力分析結果，結合斷裂損傷力學，對裂紋尖

3、端的應力-位移場及應力強度因子進行了計算，明確了裂紋的危險位置及主要類型。
　　之后以葉輪材料FV520B-I高強度鋼為研究對象，進行了超聲疲勞試驗，對葉輪超高周疲勞破壞的機理進行了討論，分析了內部非金屬夾雜物等微觀形貌尺寸對疲勞性能的影響，并對FV520B-I高強度鋼在109次的疲勞極限進行了預測。
　　此外，結合經典的疲勞壽命模型和疲勞相關理論，綜合考慮裂紋萌生和裂紋擴展兩個階段，推導出了FV520B-I高強度鋼的超高周