專利名稱：一種避免振動局部化發(fā)生的離心葉輪優(yōu)化設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及葉輪機械振動分析及葉輪機械優(yōu)化設(shè)計領(lǐng)域，具體涉及一種避免振動局部化發(fā)生的離心葉輪優(yōu)化設(shè)計方法。
背景技術(shù)：
離心壓縮機作為冶金、建材、電力、石油、化工、環(huán)境工程等工業(yè)部門的重要設(shè)備， 應(yīng)用極其廣泛，在國民經(jīng)濟諸多領(lǐng)域中都占有舉足輕重的地位。長期以來，大型、高速離心葉輪的振動問題一直影響著風(fēng)機的安全可靠運行，在運行中一旦出現(xiàn)問題，輕則中斷生產(chǎn)， 造成經(jīng)濟損失；重則造成設(shè)備報廢甚至人員傷亡。近些年，隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，機組性能的不斷提高，離心壓縮機正向著大型化、高速化、高壓比等方向發(fā)展，這對葉輪的設(shè)計及制造的要求就越來越高。實踐證明，傳統(tǒng)的靜強度設(shè)計和經(jīng)驗設(shè)計方法已遠遠滿足不了現(xiàn)代工程技術(shù)發(fā)展的需要，不能保證葉輪等旋轉(zhuǎn)部件運行的安全性及可靠性。由于離心壓縮機向大型化方向發(fā)展，葉輪尺寸不斷增大，必然導(dǎo)致葉輪整體結(jié)構(gòu)剛性減弱，勢必加劇了流體對葉輪的激振。另外，由于在焊接加工過程中的制造誤差，往往破壞了葉輪這類循環(huán)周期對稱結(jié)構(gòu)的特性而造成結(jié)構(gòu)失諧，產(chǎn)生葉輪局部化振動，致使某些部位具有較大的動應(yīng)力，進而導(dǎo)致葉輪發(fā)生振動疲勞破壞的事故。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠有效地解決葉輪運行過程中的振動局部化問題、減少振動局部化造成的危害、降低葉輪運行過程中的故障發(fā)生率、能夠確保離心葉輪機組安全可靠地長期運行的避免振動局部化發(fā)生的葉輪優(yōu)化設(shè)計方法。為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種避免振動局部化發(fā)生的離心葉輪優(yōu)化設(shè)計方法，包括以下步驟第一步、靜強度校核首先對葉輪進行靜強度計算和可靠性分析，校核其安全性；第二步、繪出葉輪前若干階模態(tài)的振型圖對葉輪進行模態(tài)分析，提取前若干階模態(tài)，列出各階固有頻率及各階固有頻率對應(yīng)的振型圖；第三步、分析出葉輪的禁帶根據(jù)第二步中得到的各階模態(tài)的振型圖及其頻率，分析出葉輪發(fā)生振動局部化的那些模態(tài)，這些模態(tài)對應(yīng)的頻率帶即是葉輪的禁帶；第四步、確定激振源的激振頻率分別求出進口導(dǎo)葉導(dǎo)致的激振力、進口回流器導(dǎo)致的激振力、葉輪出口處葉片導(dǎo)致的激振力的激振頻率；第五步、判斷激振頻率是否落在禁帶之中或者接近禁帶
將第四步所得的激振頻率與第三步中確定的頻率禁帶進行對照，判斷激振頻率是否落入禁帶中或者接近禁帶；接近禁帶是指第四步所得的激振頻率與第三步中確定的頻率禁帶之中的任一階禁頻頻率的隔離裕度小于或等于15% ；第六步、優(yōu)化葉輪結(jié)構(gòu)，增大禁帶隔離裕度以消除失諧的影響對于葉輪的激振頻率落入禁帶中或者接近禁帶的情況，為避免振動局部化的發(fā)生，需要修改機組結(jié)構(gòu)、葉輪結(jié)構(gòu)或改變激振源的激振頻率；同時考慮失諧對葉輪的影響， 對于優(yōu)化之后的葉輪，其隔離裕度需滿足以下條件f-fol/fo ^ 25%(3)；式中4為第i階模態(tài)對應(yīng)的禁頻頻率^為激振力的激勵頻率。步驟一中進行靜強度校核，具體包括以下步驟當僅考慮離心力的作用時，加載離心力到葉輪靜強度計算模型，根據(jù)計算結(jié)果，求出葉輪最大應(yīng)力值及該最大應(yīng)力值對應(yīng)的最大應(yīng)力區(qū)；考慮葉輪強度安全系數(shù)同時，判斷最大應(yīng)力值是否滿足材料強度要求，是否滿足設(shè)計要求。步驟二中提取前N階模態(tài)；所述N為自然數(shù)，25彡N彡40。振動局部化的那些模態(tài)，即振型圖中大振幅振動被限制在某一個或幾個葉片上或扇區(qū)內(nèi)，而其他葉片或扇區(qū)以小振幅振動，同時這些大振幅振動葉片或扇區(qū)相對孤立。步驟六中修改機組結(jié)構(gòu)包括調(diào)整進口預(yù)旋器葉片數(shù)、進口回流器葉片數(shù)或修改輪
盤結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明提出的一種避免振動局部化發(fā)生的離心葉輪優(yōu)化設(shè)計方法，對新一代離心葉輪的設(shè)計制造具有指導(dǎo)意義，能夠有效地解決葉輪運行過程中的振動局部化問題，減少振動局部化造成的危害，降低葉輪運行過程中的故障發(fā)生率，能夠確保離心葉輪機組安全可靠地長期運行。本發(fā)明的應(yīng)用會對離心葉輪機械相關(guān)領(lǐng)域的工業(yè)部門諸如；冶金、建材、電力、石油、化工、環(huán)境工程等產(chǎn)生重大影響，提高相關(guān)領(lǐng)域的生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，對國民經(jīng)濟產(chǎn)生極大地促進作用。由于本發(fā)明所提出的離心葉輪設(shè)計方法，能夠有效地減少振動以及相關(guān)危害，所以該設(shè)計方法可以作為下一代高性能離心葉輪設(shè)計的理論基礎(chǔ)。使用本發(fā)明設(shè)計出來的葉輪在安全性、高效性上會有很大程度的提高。因此，本發(fā)明會使該方法設(shè)計出來的離心葉輪在市場上更有競爭優(yōu)勢。本發(fā)明方法能夠有效地解決葉輪運行過程中的振動局部化問題，減少振動局部化造成的危害，降低葉輪運行過程中的故障發(fā)生率，能夠確保離心葉輪機組安全可靠地長期運行。


圖1是振動局部化機理解釋圖；圖1 (a)表示某振動波通過輪盤由一個葉片向另一葉片的傳播；圖1(b)表示某振動波通過“多層介質(zhì)”時由一層至另一層的傳播；圖2是葉-盤系統(tǒng)禁頻下的振型圖；圖3是葉-盤系統(tǒng)通頻下的振型圖；圖4是葉輪有限元模型網(wǎng)格剖分結(jié)果示意圖；圖5是葉輪應(yīng)力分布圖；圖6是葉輪位移分布圖；圖7是葉輪第17階振型圖(輪蓋側(cè))；
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圖8是葉輪第17階振型圖(輪盤側(cè))；圖9是葉輪第18階振型圖(輪蓋側(cè))；圖10是葉輪第18階振型圖(輪盤側(cè))；圖11是葉輪第19階振型圖(輪蓋側(cè))；圖12是葉輪第19階振型圖(輪盤側(cè))；圖13是葉輪第21階振型圖(輪蓋側(cè))；圖14是葉輪第21階振型圖(輪盤側(cè))；圖15是葉輪第22階振型圖(輪蓋側(cè))；圖16是葉輪第22階振型圖(輪盤側(cè))；圖17是葉輪第23階振型圖(輪蓋側(cè))；圖18是葉輪第23階振型圖(輪盤側(cè))；圖19是葉輪II類失諧下第17階振型圖(輪蓋側(cè))；圖20是葉輪II類失諧下第17階振型圖(輪盤側(cè))；圖21是葉輪II類失諧下第21階振型圖(輪蓋側(cè))；圖22是葉輪II類失諧下第21階振型圖(輪蓋側(cè))。
具體實施例方式本發(fā)明的相關(guān)理論如下1.振動局部化的基本概念在結(jié)構(gòu)動力學(xué)中，振動的局部化問題主要反映在兩方面一是模態(tài)局部化；二是振動傳遞的局部化。模態(tài)局部化包含模態(tài)振型局部化和模態(tài)頻率轉(zhuǎn)向兩種物理現(xiàn)象。振型的局部化是指系統(tǒng)的模態(tài)振型不是“廣延”至整個結(jié)構(gòu)，而是集中在較少的子結(jié)構(gòu)上，這時絕大多數(shù)子結(jié)構(gòu)的振幅很小，而被“局部化” 了的少數(shù)子結(jié)構(gòu)的振幅大大超過相應(yīng)“廣延”模態(tài)的值，從而將模態(tài)振型“局部化”在了少量的子結(jié)構(gòu)上。而振動傳遞的局部化則是指作用在系統(tǒng)上的激勵被限制在局部區(qū)域，使能量不易于傳遞到其它部位。因此，輸入系統(tǒng)的能量不能傳播很遠，而只是被局限在接近振動源的區(qū)域，產(chǎn)生局部振蕩。對于葉片-輪盤系統(tǒng)，上述的振動局部化往往表現(xiàn)為一個或幾個葉片扇區(qū)產(chǎn)生較大振動，而其余扇區(qū)則不出現(xiàn)明顯振動，從而引起少數(shù)葉片振動過大并有較高的動應(yīng)力，繼而導(dǎo)致斷裂。2.振動局部化機理可以利用波的傳遞來說明振動局部化的機理。假設(shè)給定葉片的受迫響應(yīng)可以看成是以不同速度在葉片-輪盤結(jié)構(gòu)系統(tǒng)周向傳遞的波的迭加，若系統(tǒng)是線性的，則完全可以僅分析單波的傳播來討論產(chǎn)生局部化的機理。如圖1所示，假設(shè)某振動波通過輪盤由一個葉片向另一葉片的傳播(圖1(a))，也可以理解為某振動波通過“多層介質(zhì)”時由一層至另一層的傳播(圖1 (b))，其中在介質(zhì)中的波速c相應(yīng)于葉片的物理特性H(ω)(傳遞函數(shù))， 這是因為，由于沿圓盤的振動波的傳遞由頻率ω確定，它對波的影響可以較好地由相應(yīng)的傳遞函數(shù)Η(ω)來定義，因此有相對應(yīng)的關(guān)系Η(ω) — c。假如系統(tǒng)是諧調(diào)的，所有葉片(相應(yīng)于所有層)是相同的，振動波的傳播便不受層間的界面的影響；假如系統(tǒng)是失諧的，葉片(相應(yīng)于層)是不一致的，則振動波在界面上便部分被傳遞，部分被反射。對于其中的反射分量，其幅值一般隨形成界面的兩層的性質(zhì)(也即兩葉片的頻響函數(shù))的不一致而增大，假如它是在高反射界面上(也即等價于頻響函數(shù)相差較大的兩相鄰葉片)，則可能該振動波會被抑制在幾個層(葉片)中，顯然，與該被抑制的振動波相應(yīng)的便是某些葉片的振動響應(yīng)幅值很大，這便是振動局部化的機理。3.頻率通帶、禁帶模態(tài)局部化必須滿足兩個條件一是系統(tǒng)必須具有弱耦合或高密集模態(tài)；二是系統(tǒng)中必須存在一些失諧。在這些條件下，幾何、力學(xué)和慣性特性的小量變化都會導(dǎo)致系統(tǒng)振動特性的顯著變化，即系統(tǒng)對失諧極其敏感。另一個方面，周期結(jié)構(gòu)具有不同于非周期結(jié)構(gòu)的許多力學(xué)特性，其中一個重要的力學(xué)特性就是周期結(jié)構(gòu)具有頻率通帶和禁帶現(xiàn)象。表現(xiàn)為當波動頻率處于通帶區(qū)域內(nèi)時， 會無限制地傳遍整個結(jié)構(gòu)，其幅值和能量不會發(fā)生衰減(不計結(jié)構(gòu)中的阻尼)；當波動頻率處于禁帶段時，其不會傳遍整個結(jié)構(gòu)，即幅值和能量產(chǎn)生衰減。而從結(jié)構(gòu)動力學(xué)的角度出發(fā)，這種波動頻率處于頻率禁帶所體現(xiàn)的能量不能傳遍整個結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象正好與振型的局部化現(xiàn)象相符。從模態(tài)振型來看，表現(xiàn)為振型不是“廣延”的振型，而是“局部化”的振型，那些 “局部化”的振型所對應(yīng)的頻率即為禁頻，頻率禁帶就是所有禁頻組成的集合；那些“廣延” 的振型所對應(yīng)的頻率即為通頻，頻率通帶即是所有通頻組成的集合。典型的葉-盤結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的通頻、禁頻振型如圖2、圖3所示。4.失諧量及隔離裕度對于理想情況下設(shè)計的具有循環(huán)周期對稱結(jié)構(gòu)的葉輪而言，由于加工制造誤差等因素造成實際結(jié)構(gòu)具有某種程度的不規(guī)則性、不確定性的缺陷稱為失諧。為了研究葉片厚度失諧、葉片安裝角度失諧對大型離心葉輪通、禁頻帶的影響?，F(xiàn)對失諧量加以定義。葉片厚度失諧量ε = (b-b0)/b0(1)；式中b-葉片的實際厚度mm ；b0-葉片的設(shè)計厚度mm。在符合工程制造加工誤差標準的范圍內(nèi)，取ε ^ 士5% ；對葉片安裝角度失諧量取θ彡士 1°進行研究。同時定義隔離裕度P來衡量激振力的激勵頻率與禁頻的遠近程度，其表達式為P = (frfo)/^(2)；式中第i階模態(tài)對應(yīng)的禁頻頻率Hz ；f0-激振力的激勵頻率Hz。5.禁帶隔離準則根據(jù)前面的分析，所加的失諧(正常誤差范圍10%)將對固有頻率產(chǎn)生高達25% 的相對誤差，因此，在加入失諧后，禁帶的隔離裕度其表達式應(yīng)滿足f-fol/fo ^ 25%(3)；式中第i階模態(tài)對應(yīng)的禁頻頻率Hz ；f0-激振力的激勵頻率Hz。下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限如此。本發(fā)明一種避免振動局部化發(fā)生的葉輪優(yōu)化設(shè)計方法，具體步驟如下第一步；靜強度校核首先對葉輪進行靜強度計算和可靠性分析，校核其安全性。當僅考慮離心力的作用時，加載離心力到葉輪靜強度計算模型，根據(jù)計算結(jié)果，求出葉輪最大應(yīng)力值及該最大應(yīng)力值對應(yīng)的最大應(yīng)力區(qū)?？紤]葉輪強度安全系數(shù)同時，判斷最大應(yīng)力值是否滿足材料強度要求，是否滿足設(shè)計要求。滿足材料強度要求和設(shè)計要求，則進行第二步。第二步；繪出葉輪前若干階模態(tài)的振型圖對葉輪分別進行模態(tài)分析，提取前若干階模態(tài)(一般來說，取前二十五階到前四十階模態(tài)便可滿足優(yōu)化需求)，列出各階固有頻率及各階固有頻率對應(yīng)的振型圖。第三步；分析出葉輪的禁帶和通帶根據(jù)上一步中得到的各階模態(tài)的振型圖及其頻率，分析出葉輪發(fā)生振動局部化的那些模態(tài)，這些模態(tài)對應(yīng)的頻率帶即是葉輪的禁帶，而其它振動變形在整個葉輪上分布比較均勻的模態(tài)的頻率帶則對應(yīng)葉輪的通帶。振動局部化的那些模態(tài)，即振型圖中大振幅振動被限制在某一個或幾個葉片上或扇區(qū)內(nèi)，而其他葉片或扇區(qū)以小振幅振動，同時這些大振幅振動葉片或扇區(qū)相對孤立。第四步；確定激振源的激振頻率由于葉輪進口葉片回流器的存在，一般來說，其所承受的激振源包括進口導(dǎo)葉導(dǎo)致的激振力、進口回流器導(dǎo)致的激振力、葉輪出口處葉片導(dǎo)致的激振力，分別求出這些激振源的激振頻率。第五步；判斷激振頻率是否落在禁帶之中或接近禁帶將第四步所得的激振源的激振頻率與第三步中確定的頻率禁帶進行對照，判斷激振頻率是否落入禁帶中或接近禁帶。接近禁帶是指第四步所得的激振頻率與第三步中確定的頻率禁帶之中的任一階禁頻頻率的隔離裕度小于或等于15%。第六步；優(yōu)化葉輪結(jié)構(gòu)，增大禁帶隔離裕度以消除失諧的影響對于葉輪的激振頻率落入禁帶中或接近禁帶的情況，為避免振動局部化的發(fā)生， 需要修改機組結(jié)構(gòu)(如調(diào)整進口回流器葉片數(shù))或葉輪結(jié)構(gòu)、改變激振源的激振頻率。由于理想中周期對稱的葉輪在實際生產(chǎn)中并不存在，加工制造誤差等因素必然造成實際結(jié)構(gòu)具有某種程度的不規(guī)則性的缺陷，這種不規(guī)則性稱為失諧。同時，失諧會改變?nèi)~輪的固有頻率值，因此，其可能會使理想葉輪的激振源頻率從通帶轉(zhuǎn)移到禁帶之中，為了避免實際葉輪發(fā)生振動局部化，在考慮失諧的情況下，需要盡量增大葉輪禁帶的隔離裕度 (描述激振源頻率與禁帶距離遠近的物理量)；使禁帶的隔離裕度其表達式應(yīng)滿足f-fol/fo ^ 25%(3)；式中第i階模態(tài)對應(yīng)的禁頻頻率Hz ；&-激振力的激勵頻率Hz ；才能滿足實際需要。結(jié)合說明書附圖列舉出下述具體實施案例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步說明。 本實施方案以離心壓縮機葉輪為研究對象，通過COSMOS有限元分析軟件對實際工程應(yīng)用中壓縮機組的葉輪，分別對理想與不同失諧情況下的模態(tài)進行了分析。1.理想葉輪的頻率通帶和禁帶實例某離心葉輪故障現(xiàn)象葉輪輪蓋進口圈處出現(xiàn)裂紋排除方法將進口回流器葉片數(shù)調(diào)整為Z = 14葉輪主要尺寸及技術(shù)參數(shù)直徑D = Φ 1020mm,葉片數(shù)Z = 19，葉片厚度δ = 8_，工作轉(zhuǎn)速η = 5M5r/min，材料合金鋼，屈服極限σ s = 8. 50 X 108Pa，彈性模量E =2. IXlOllPa,泊松比 ν = 0. 28，材料密度 P = 7700kg/m3。壓縮機組相關(guān)參數(shù)總級數(shù)3級，葉輪所處級數(shù)第3級，進口葉片回流器葉片數(shù) Z1 = 18。激勵源進口回流器導(dǎo)致的激振力的頻率義=1663.5&;葉輪出口處葉片導(dǎo)致的激振力的頻率/。2 =1756&。葉輪有限元模型對整個葉輪采用10節(jié)點四面體實體單元離散，共27773個節(jié)點， 14354個單元，其有限元網(wǎng)格劃分見圖4。首先，對葉輪靜強度進行可靠性分析，校核其安全性。計算中只考慮離心力的作用，計算結(jié)果如圖5和圖6所示。根據(jù)葉輪靜強度計算結(jié)果，葉輪最大應(yīng)力Q3 = 5. 18 X 108Pa,大應(yīng)力區(qū)為輪蓋進口圈處，葉輪強度安全系數(shù)為1. 64，滿足設(shè)計要求。從圖中可以看出，葉輪輪蓋及進口圈處剛性較弱，變形較大。對葉輪進行模態(tài)分析，提取了前25階模態(tài)，各階固有頻率見表1，其中具有下劃線的頻率值為葉輪的禁頻。葉輪在第17 19、21 23階振型圖中，出現(xiàn)了大振幅振動被限制在某一兩個扇區(qū)內(nèi)，而其他扇區(qū)以小振幅振動，同時這些大振幅振動扇區(qū)相對孤立即出現(xiàn)了振動局部化現(xiàn)象。所以第17 19階、第21 23階對應(yīng)的固有頻率即1675. 6 1833. 7Hz及1974. 5 2031. 8Hz組成了該葉輪的頻率禁帶。第17 19階、第21 23階振型圖如圖7至圖18所示。從振型圖可以看出，禁頻1675. 6Hz產(chǎn)生局部化的部位在口圈
處。由頻率值比較，由進口處回流器導(dǎo)致的激振力頻率(力=1663.5fe)沒有落入頻率禁帶。
經(jīng)計算，隔離裕度僅為0. 73%。而葉輪出口處葉片導(dǎo)致的激振力的頻率(/。2落入
了頻率禁帶。通過以上的分析可知，對于葉輪的兩個激振力進口回流器導(dǎo)致的激振力；葉輪出口葉片導(dǎo)致的激振力。經(jīng)計算我們發(fā)現(xiàn)進口回流器導(dǎo)致的激振力頻率U1 = I663.5份)沒
有落入頻率禁帶。但隔離裕度僅為0. 73%。而葉輪葉片導(dǎo)致的激振力的頻率(Λ2 =17 / )
落入了頻率禁帶。然而對實際的葉輪振動來說，進口回流器導(dǎo)致的激振力在激勵葉輪振動時占主導(dǎo)地位，這是因為經(jīng)過進口回流器的若干股沿周向不均勻分布氣流，直接作用在葉片上，是引起葉輪振動的主要原因。而葉輪出口葉片導(dǎo)致的激振力，則主要作用在擴壓器上，對葉輪本身影響并不大。因此，在此實例中，我們主要考慮進口回流器的激勵作用，將進口回流器葉片數(shù)調(diào)整為Z = 14，調(diào)整之后的進口回流器激振頻為U93Hz，與禁頻1675. 6Hz 的隔離裕度為四.6%，滿足了隔離裕度的設(shè)計要求。并且，經(jīng)過改組之后的葉輪，在實際中完全避免了振動局部化的問題。表1葉輪各階固有頻率(單位Hz)
權(quán)利要求
1.一種避免振動局部化發(fā)生的離心葉輪優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，包括以下步驟第一步、靜強度校核首先對葉輪進行靜強度計算和可靠性分析，校核其安全性； 第二步、繪出葉輪前若干階模態(tài)的振型圖對葉輪進行模態(tài)分析，提取前若干階模態(tài)，列出各階固有頻率及各階固有頻率對應(yīng)的振型圖；第三步、分析出葉輪的禁帶根據(jù)第二步中得到的各階模態(tài)的振型圖及其頻率，分析出葉輪發(fā)生振動局部化的那些模態(tài)，這些模態(tài)對應(yīng)的頻率帶即是葉輪的禁帶； 第四步、確定激振源的激振頻率分別求出進口導(dǎo)葉導(dǎo)致的激振力、進口回流器導(dǎo)致的激振力、葉輪出口處葉片導(dǎo)致的激振力的激振頻率；第五步、判斷激振頻率是否落在禁帶之中或者接近禁帶將第四步所得的激振頻率與第三步中確定的頻率禁帶進行對照，判斷激振頻率是否落入禁帶中或者接近禁帶；接近禁帶是指第四步所得的激振頻率與第三步中確定的頻率禁帶之中的任一階禁頻頻率的隔離裕度小于或等于15% ；第六步、優(yōu)化葉輪結(jié)構(gòu)，增大禁帶隔離裕度以消除失諧的影響 對于葉輪的激振頻率落入禁帶中或者接近禁帶的情況，為避免振動局部化的發(fā)生，需要修改機組結(jié)構(gòu)、葉輪結(jié)構(gòu)或改變激振源的激振頻率；同時考慮失諧對葉輪的影響，對于優(yōu)化之后的葉輪，其隔離裕度需滿足以下條件f-fol/fo ^ 25%(3)；式中4為第i階模態(tài)對應(yīng)的禁頻頻率；&為激振力的激勵頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種避免振動局部化發(fā)生的離心葉輪優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，步驟一中進行靜強度校核，具體包括以下步驟當僅考慮離心力的作用時，加載離心力到葉輪靜強度計算模型，根據(jù)計算結(jié)果，求出葉輪最大應(yīng)力值及該最大應(yīng)力值對應(yīng)的最大應(yīng)力區(qū)；考慮葉輪強度安全系數(shù)同時，判斷最大應(yīng)力值是否滿足材料強度要求，是否滿足設(shè)計要求。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種避免振動局部化發(fā)生的離心葉輪優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，步驟二中提取前N階模態(tài)；所述N為自然數(shù)，25 < N < 40。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種避免振動局部化發(fā)生的離心葉輪優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，振動局部化的那些模態(tài)，即振型圖中大振幅振動被限制在某一個或幾個葉片上或扇區(qū)內(nèi)，而其他葉片或扇區(qū)以小振幅振動，同時這些大振幅振動葉片或扇區(qū)相對孤立。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種避免振動局部化發(fā)生的離心葉輪優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，步驟六中修改機組結(jié)構(gòu)包括調(diào)整進口預(yù)旋器葉片數(shù)、進口回流器葉片數(shù)或修改輪盤結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種避免振動局部化發(fā)生的離心葉輪優(yōu)化設(shè)計方法，按照以下步驟進行第一步；靜強度校核；第二步；繪出葉輪前若干階模態(tài)的振型圖；第三步；分析出葉輪的禁帶和通帶；第四步；確定激振源的激振頻率；第五步；判斷激振頻率是否落在禁帶之中或者接近禁帶；第六步；優(yōu)化葉輪結(jié)構(gòu)，增大葉輪禁帶的隔離裕度以消除失諧的影響。本發(fā)明方法能夠有效地解決葉輪運行過程中的振動局部化問題，減少振動局部化造成的危害，降低葉輪運行過程中的故障發(fā)生率，能夠確保離心葉輪機組安全可靠地長期運行。
文檔編號F04D29/66GK102374190SQ201110349730
公開日2012年3月14日 申請日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月8日
發(fā)明者康偉, 張家忠, 李凱倫, 雷鵬飛 申請人:西安交通大學(xué)