透平膨胀机转子系统在耦合应力下的强度分析

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高速透平膨胀制冷机低频振动特性试验研究

临界转速振动幅值随之降低。
图 3.2.1 变轴承供气压力临界转速区转速幅值特性曲线
图 3.2.2 不同轴承供气压下的失稳转速
图 3.2.2 给出了出现低频振荡的初始转速随轴承供气压力变化的特征：随着轴承供气压力从 0.3 MPa 增加到 0.7MPa，出现低频振荡初始转速从 21154rpm 增加到 50336rpm，最高工作转速也从 28329 rpm 增加到 55755 rpm。由此可见，较高的轴承供气压力能有效地控制和抑制低频振荡。同时，采用提高轴承供气压力的方法，能够调整轴系的固有频率和轴系临界转速区域特性，这为制定相应的升速方案提供试验依据，便于下文进一步分析轴系低频涡动、振荡和固有频率之间的耦合关系。 3.2.2 升速率对低频振动特性的影响图 3.2.3 是 0.4MPa 轴承供气压下的升速过程三维谱图。其中，曲线 BDE 表示低频振荡线，曲线 CDE 表征的分频涡动线。 K 区域（196.2Hz~213.5Hz）是转子升速过程的临界转速区，转子的工作频率与固有频率相近发生共振。两条低频线都呈现出随转速变化的特性。分频涡动的频率保持和升速曲线一致：当转速增大时涡动频率值随之增大，当转速保持稳定并略微下降时涡动频率随之发生相应变化；同时，随着转速的升高，轴承内气膜的动压效果增强，刚度升高，振荡线锁频频率也随之增加。因此，可以利用涡动、低频振荡频率与转速的关系，通过合理调整升速率，调整涡动和振荡之间的关系。由于气膜涡动效应，A 区域（216.35Hz ~221.15Hz）发生明显的半速涡动。涡动的频率变化时刻保持和升速曲线一致，随着工频的增加，半速涡动频率逐渐增加并在 B 点和固有频率耦合，发生低频振荡。由于存在气膜动压效应，B 点低频振荡刚刚出现时锁定的频率值（223.56Hz）比临界转速对应的频率值大。同时，C 点出现了分频涡动（低频频率为 128.21Hz，涡动比 0.23）。在 D 点振荡线与分频涡动线重合前，涡动频率随着转速的升高而升高，并始终低于振荡频率（222.22Hz ~241.45Hz，涡动比 0.38~0.33），直到 D 点（低频频率 241.452Hz，涡动比 0.33），分频涡动频率和振荡频率相同，在 DE 段，分频涡动、低频振荡、固有频率三者发生多频耦合振荡。

透平膨胀机生产运行过程中异常原因及解决办法

透平膨胀机生产运行过程中异常原因及解决办法摘要：透平膨胀机在长期的工作运转中，难免会出现各种故障与问题，文章结合透平膨胀机的结构与运行特点，介绍了透平膨胀机在运行过程中出现异常问题的原因，并提出了改进方案与效果，以保证设备稳定和安全运行。

关键词：透平膨胀机改进方案问题分析一、叶轮轴向窜动1.叶轮轴向窜动的因素分析透平膨胀机在变工况运行时，要求轴承具有较高的可靠性。

尤其是在开、停机时，膨胀空气量和压差波动较大，使止推轴承承受较大交变推力负荷，使膨胀机轴向推力不平衡值超过正常允许值，转子振动值超标，轴承和转子的稳定性和适应性遭到破坏，设备损坏，引起叶轮轴向窜动的原因主要有：通常膨胀机增压端叶轮在轮盖上设计有迷宫式密封，虽然减少了空气泄漏，但却导致了叶轮前后压差过大，从而导致增压轮产生较大轴向力，易使止推轴承损坏。

分子筛吸附器操作不当或净化失效，二氧化碳进入低温系统，在不同温度和压力下，二氧化碳由气体变成固体并聚集成大块的干冰，当温度升高时又急剧汽化膨胀，对工作轮产生一个径向和轴向作用力，破坏转子旋转轨迹，引起轴向窜动。

燥塔分子筛失效，脱水效果不佳，在膨胀轮叶片上形成水化物，堵塞叶轮流道，造成膨胀端轮背压力升高，使轴向力不平衡值指向膨胀端。

透平膨胀机轴向推力平衡器调节阀关闭不严，平衡作用失效，内漏造成增压端轮背压力降低，使轴向力不平衡值指向膨胀端。

2.改进方案2.1改进转子结构：取消增压端叶轮轮盖密封，以降低轴向推力；更换主轴材质，以增强其强度和刚度，降低叶轮摆动。

2.2当透平膨胀机内出现液体造成振动时，压力表会急速跳动，温度指示波动，应迅速降低膨胀机转速，或停止膨胀机运行，并打开蜗壳吹除阀和出口吹除阀，排尽液体，同时设法提高膨胀机进口温度。

2.3在膨胀轮背开平衡孔，使膨胀端与出口处接通，保持轮背压力和出口压力基本平衡，从而消除膨胀端的不平衡轴向力。

2.4增强密封轴套的强度。

加大轴套止推面厚度，使其能承受较大轴向推力。

对透平膨胀机密封性及叶轮叶片修形效果的研究分析

对透平膨胀机密封性及叶轮叶片修形效果的研究分析摘要：增压透平膨胀机是一种高速旋转的热力机械，在空分、天然气加工行业中应用广泛。

长期以来，我们的膨胀机叶轮零件，在其最后加工中，都要由钳工修刮叶片来达到设计要求，时期密封性达到最好。

本文从增压透平膨胀机的密封性影响因素入手，对迷宫密封、叶轮叶片修形等解决措施进行了深入阐述。

关键词：密封性叶轮叶片措施效果膨胀机的效率高低取决于膨胀机内的各种损失的大小。

由于各种损失的存在，使气体对外做功的能力降低。

目前膨胀机普遍采用的密封有两种类型：迷宫式密封和石墨密封（包括石墨碳环密封）。

迷宫密封是在转轴周围设若干个依次排列的环行密封齿，齿与齿之间形成一系列截流间隙与膨胀空腔，被密封介质在通过曲折迷宫的间隙时产生节流效应而达到阻漏的目的。

由于迷宫密封的转子和机壳间存在间隙，无固体接触，毋须润滑，并允许有热膨胀，适应高温、高压、高转速频率的场合，迷宫密封在膨胀机上是用得最广泛的一种密封。

一、影响密封性的因素分析1.迷宫特性的影响因素1.1齿的影响。

根据国外所进行的试验得出：齿距一定时，齿数越多，泄露量越少。

齿距改变时，齿距越大，泄露量会急剧下降，同时还可以减少透气现象的影响。

1.2膨胀室的影响。

国外对膨胀室深度的影响进行过试验研究，结论是浅的膨胀室对减少泄露量有利。

根据对膨胀室流动状态的观察，认为浅膨胀室中的旋涡是不稳定的。

由于旋涡能很快地把能量耗尽，所以膨胀室的渐近速度减小，起到减小泄露的效果。

1.3副室的影响。

所谓“副室”是指直通型迷宫光滑面上开的附属槽，开槽后迷宫中的流动状态立即发生明显的变化。

试验证明，只要副室的位置恰当，泄露量的减少率是相当大的。

迷宫密封泄漏量的计算主要是依据经验公式，而这些公式中流量系数要依据试验获得，。

目前有代表性的计算方法为Stodala 公式：（1）式中α-流量系数A-密封间隙面积，m2p0 、pb-进、出口压力，Pav0-进口工质密度，kg/ m3n-齿数但式（1）并不能完全反映出影响迷宫密封的性能的因素，总体来说影响迷宫密封的性能的因素有总体的结构型式、涡流空腔形状及尺寸、节流间隙宽度、节流齿厚度及数量、齿顶形状、齿倾角、介质特性、压力温度条件、转轴旋转速度和介质流向等，而且各种影响因素互相关联。

透平膨胀机转子系统振动故障分析与处理

收稿日期:2011-08-19作者简介:白晖宇，男，上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室博士。

透平膨胀机转子系统振动故障分析与处理白晖宇1，朱瑞2，3，孟光4，李鸿光5(1、2、4、5.上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室，上海市闵行区东川路800号200240;3.上海电力学院能源与环境工程学院，上海市杨浦区平凉路2103号200090)摘要:透平膨胀机是低温法空分设备及气体分离和液化装置中的重要部机之一，在实际生产中，膨胀机处于高速运转中，最常见也是最易发生的故障大多是由转子—轴承系统振动所引起。

分析叶轮轴向窜动、转子不平衡振动、轴承自激振动、喘振和液击现象等振动故障的原因，提出改进措施，以保证空分设备稳定和安全运行。

关键词:空分设备;透平膨胀机;转子;振动中图分类号:TB653文献标识码:AAnalysis and treatment of vibration trouble of turbine expander rotor systemBai Huiyu 1，Zhu Rui 2，3，Meng Guang 4，Li Hongguang 5(1，2，4，5．Shanghai Jiaotong University Mechanical System and Vibration Key State Lab ，800#Dongchuan Road ，Minhang District ，Shanghai 200240，P．R．China ;3．Institute of Energy and Environment Engineering ，Shanghai University of Electric Power ，2103#Pingliang Road ，Yangpu District ，Shanghai 200090，P．R．China )Abstract :The turbine expander is one of important devices of the low-temperature process air separation plant and the gas separation and liquefaction equipment．During actual production ，the expander runs at high speed ，and thus the most common and most liable trouble is usually resulted from vibration of rotor-bearing system．The causes for axial displacement of impeller ，unbalanced vibration of rotor ，self-excited vibration of bearing ，surge ，and liquid hammer are analyzed ，and for safe and steady run of air separation plant the improving measures are proposed．Keywords :Air separation plant ;Turbine expander ;Rotor ;Vibration引言透平膨胀机是低温法空分设备及气体分离和液化装置的重要部机之一。

基于F级燃气轮机透平转子的热分析数值模拟

基于F级燃气轮机透平转子的热分析数值模拟冯永志;吕智强;张成义;于宁【摘要】以某型F级燃气轮机透平转子为研究对象,采用适用于透平转子热分析的物理建模方法,通过增加部分动叶和隔板结构,准确模拟透平盘顶部的热量传递.应用ANSYS软件完成了透平转子换热和热-结构耦合的数值模拟,确定了工程上透平转子热分析的流程及相应的收敛准则,具有较高的工程应用价值.【期刊名称】《燃气轮机技术》【年(卷),期】2012(025)002【总页数】3页(P48-50)【关键词】透平转子换热;热-结构耦合;热膨胀变形;等效热应力【作者】冯永志;吕智强;张成义;于宁【作者单位】哈尔滨汽轮机厂有限责任公司,哈尔滨150046;哈尔滨汽轮机厂有限责任公司,哈尔滨150046;哈尔滨汽轮机厂有限责任公司,哈尔滨150046;哈尔滨汽轮机厂有限责任公司,哈尔滨150046【正文语种】中文【中图分类】TK474.7+2透平转子是燃气轮机中的重要部件，由于高温燃气与透平叶片外表面进行强烈的换热，必然有一部分热量沿叶片根部向透平盘传递，使透平盘的温度提高、温度梯度增大。

同时，高温燃气在叶片通道中膨胀做功，经透平盘将力矩传递到透平转轴。

又由于整个转子的高速旋转，其工作条件十分恶劣。

因此，对燃气轮机透平转子进行热分析有重要意义。

以往的透平转子热分析，都是先求解燃气与叶片之间的换热，再求解叶片与透平盘之间的换热，确定透平盘顶部的边界条件，进而进行透平盘的热分析，所得结果误差较大［1］。

本文通过增加部分动叶及隔板结构进行整体建模，能够准确确定透平盘顶部的热量传递情况，避免分段传递计算产生的误差。

对透平转子的各边界施加第三类边界条件，就可以进行透平转子的换热及热-结构耦合计算，以确定透平转子温度分布情况［2-3］。

1 物理模型在进行燃气轮机透平转子热分析时，根据结构的轴对称性建立二维轴对称模型，并对其中一些非完整轴对称的结构进行等效处理。

为了模拟燃气-叶片-透平盘之间的热量传递过程，准确确定动叶底部部分的温度，在建立二维轴对称模型时增加25%的动叶部分以及第二级和第三级隔板部分，并对透平风扇进行处理，使得整个透平转子成为一个完整的计算域。

制氧专业考试(试卷编号2171)

制氧专业考试(试卷编号2171)1.[单选题]运输车辆未安装防火冒而进入易燃易爆区的，每次考核（ )元。

A)200元B)300元C)500元答案:C解析:2.[单选题]相同质量的气体，体积越小,则压力就（）。

A)越大B)越小C)不变答案:A解析:3.[单选题]压缩机电机转速降低，会使排气量（）。

A)不变B)减少C)增加答案:B解析:4.[单选题]循环油油温华氏120时，摄氏温度为（）A)48.9B)46.9C)45.9答案:A解析:5.[单选题]空气中的水分和二氧化碳是在( )中被吸附的。

A)空冷塔B)分子筛吸附器C)液空吸附器答案:B解析:6.[单选题]压力容器经过维修或改造后，应当保证其结构和强度满足（）A)设计要求7.[单选题]压缩机油冷却器冷却效果不好，出口油压将如何变化（）。

A)降低B)不变C)升高答案:A解析:8.[单选题]传热的基本方程式为（）。

A)Q=KF Δ tB)Q= αFΔtC)Q= λ FΔt/ L答案:A解析:9.[单选题]氧气占空气总质量的( )%。

A)21.1B)22.1C)23.1答案:C解析:10.[单选题]在煤气、氧气管路或设备、设施上无动火证进行作业的，每次考核（ )元。

A)200元B)300元C)500元答案:C解析:11.[单选题]离心泵调试时( )。

A)必须长时间空转跑合B)禁止长时间空转C)空转与否无关紧要答案:B解析:12.[单选题]通用气体常数Rm=( )KJ/KmolA)8.314313.[单选题]向用人单位提供可能产生职业病危害的设备的，应当提供中文说明书，并在设备的醒目位置设置( )和中文警示说明。

A)安全标识B)警示标识C)英文答案:B解析:14.[单选题]操作人员必须“三定”进行巡回检查，“三定”是指（）。

A)定人、定时、定线B)定时、定线、定点C)定人、定点、定时答案:B解析:15.[单选题]液氧蒸发温度是在液氧平均压力下的（）温度A)不饱和B)过冷C)饱和答案:C解析:16.[单选题]工业上不能作为制冷剂的是（）A)CO2B)NH3C)O2D)CH4答案:C解析:17.[单选题]透平膨胀机出口扩压器的作用是（）。

orc系统向心透平膨胀机动态特性研究

摘要应用有机朗肯循环（ORC）将低品位热能转换为高品位电能，适用于工业废热、地热能、海洋温差能等领域。

ORC系统具有结构简单、环境友好、无有害气体排放等特点，其关键的换能设备是有机工质膨胀机。

本文在实验室搭建的ORC低温余热发电实验平台上，对自主设计的向心透平膨胀机进行性能研究。

分别研究了向心透平的工作性能和转子系统的振动特性；对向心透平流动特性、转子系统临界转速以及不平衡响应特性进行了实验和数值研究，并优化了透平的结构。

以R123为工质，实验研究了向心透平及其系统的性能变化规律。

对向心透平转轴的径向振动进行了测量，研究了转子系统的振动特性。

结果表明：随着工质流量的增加，透平转速增大，存在最佳转速，使得向心透平等熵效率最大；随着热源温度的升高，最佳转速不断增大；随着冷源流量的增加，向心透平的压比、转速以及膨胀功率不断增加，系统热效率逐渐升高；随着透平转速的增加，转轴径向振动幅值增加，振动峰值的特征频率增大；向心透平的最高转速达到54850r/m，等熵效率最大值为83.6%，膨胀机最大功率为3.041kW，达到设计要求。

使用ANSYS Fluent 软件，建立向心透平内部流动的单流道数值计算模型，研究不同的导叶安装角、导叶静叶数以及动叶的非可展直纹抛物面对内部流动特性的影响；根据实验数据，对比工质流量、膨胀功率以及等熵效率等参数的计算值，验证了单流道模型的正确性；根据数值研究结果，对透平结构进行了优化，导叶优化后，周向速度提高7.4%，速度系数提高1.12%；动叶优化后，叶轮效率提高 1.05%，最大叶轮效率为90.3%。

向心透平整级优化后，总-静效率提高1.7%。

利用ANSYS Workbench软件，对叶轮进行了模态分析，得到叶轮和转子前八阶固有频率及振型，并对向心透平转子系统进行临界转速分析。

结果表明：预应力下的叶轮固有频率大于无预应力的情况，离心力对叶轮的刚化作用明显；实验用转子系统一阶临界转速为33218r/min，二阶临界转速为65061 r/min；随着轴承支撑刚度的增加，临界转速先快速增大后逐渐缓慢增加，选取转子系统的轴承刚度为1×108N/m较为合理；随着转轴轴尾伸长量的增加，转子临界转速不断减小；随着叶轮密度的增加，临界转速将逐渐减小。

透平膨胀机研究报告

透平膨胀机研究报告引言。

透平膨胀机是一种能够将高压气体能量转化为机械能的设备。

它利用透平叶片之间的高速转动和压缩空气之间的摩擦来实现能量的转化。

与其他热力设备相比，透平膨胀机具有高效、稳定、可靠等优点，因此在多个领域得到广泛应用。

本研究报告将从透平膨胀机的原理、性能、应用和发展等方面进行探讨。

一、透平膨胀机原理。

透平膨胀机的工作原理是利用透平叶片的高速旋转和气体的膨胀来将气体的能量转化为机械能。

气体从高压侧进入透平机，经过透平叶片的加速和摩擦，气体的内能发生变化，同时产生功。

经过叶片的膨胀过程，气体的温度和压力都降低，然后从低压侧排出。

透平机的主要部件包括透平叶片、轴承、透平机外壳、透平机从动件等。

透平叶片是透平膨胀机的核心部件，它们由金属或塑料制成，形状和数量不同，可以根据透平机的不同规格和使用条件进行选择。

透平叶片之间的摩擦会产生热量，因此透平机内部需要进行冷却。

透平机的传动系统通常由电机、齿轮或皮带传动等部件组成。

透平机的设计和制造必须充分考虑能量转化的效率、气体的压力和温度变化、透平机的噪音和振动等因素。

二、透平膨胀机性能。

1.高效性能。

透平膨胀机在能量转化方面具有高效性能，通常可达到80%以上的效率水平。

这使得透平机在能源领域得到广泛应用。

2.稳定性能。

透平膨胀机能够稳定地工作，误差较小，噪音低，摩擦损失小，具有长时间连续工作的能力。

3.可靠性能。

透平膨胀机的设计和制造必须充分考虑使用条件，才能确保机器的可靠性。

这包括透平机叶片的材料、振动和噪音的控制、气体的管理等方面。

4.多功能性能。

透平膨胀机可根据不同的需求设计不同的型号和规格，应用广泛。

常见的用途包括发电、压缩空气、冷却等领域。

三、透平膨胀机应用。

1.电力工业中，透平膨胀机被广泛应用在发电厂，其中透平机是主要的核心部件之一。

2.冷却和空调系统。

透平膨胀机通过控制气体的膨胀和压缩来实现冷却，尤其适用于大型商业建筑、医院、工厂等环境。

透平压缩机转子系统常见振动故障分析及处理

透平压缩机转子系统常见振动故障分析及处理白晖宇;朱瑞;孟光【摘要】透平压缩机在高速高压高功率密度工况下,易产生强大的激振力,致使转子在工作中失去稳定.针对透平压缩机转子系统常见的转子不平衡、对中不良、轴承故障、密封故障和轴向窜动等振动故障的原因进行分析,提出改进措施,以保证压缩机组安全稳定运行.【期刊名称】《风机技术》【年(卷),期】2012(000)004【总页数】4页(P85-88)【关键词】透平压缩机;振动;转子不平衡;对中不良【作者】白晖宇;朱瑞;孟光【作者单位】上海交通大学;上海电力学院;上海交通大学【正文语种】中文【中图分类】TH4520 引言在实际生产中，透平压缩机处于高速运转中，最常见也是最易发生故障的系统是转子-轴承系统。

常见的故障有不平衡振动、对中不良、轴承故障、密封故障和叶轮轴向窜动等系统振动。

这些故障常引起运转不平稳，甚至导致装置停机的事故发生[1-2]；因此，对透平压缩机转子系统振动故障原因做深入分析，并采取有效的防护措施，保证其长周期、稳定、安全运行是十分必要的。

1 转子不平衡1.1 不平衡的产生透平压缩机转子不平衡是机组振动的最突出的影响因素。

随着机组的使用，转子不可避免地会出现被冲刷、腐蚀、磨损、零件松动等现象，原来的平衡就被破坏了，从而产生静不平衡和动不平衡力偶，也就形成了不平衡振动，以致于造成零件损坏，机组无法运行[3-4]。

引起转子不平衡振动的原因主要有：1）转子平衡精度差；2）齿轮联轴器加工或安装不当；3）运输或安装中转子被碰撞；4）因停放时间过长而又保养得不好，转子发生弯曲变形；5）热胀冷缩不均匀而使转子弯曲。

以上原因引起的振动在试运之初便会产生；6）叶轮积灰、腐蚀、冲刷磨损、铆钉松动和脱落、叶轮局部破碎等造成的。

表现为振动值随着运行时间的延长而逐渐增大；7）因某些部件过盈太小，在转子高速旋转中引起螺钉松动或脱落。

表现为振动值突然升高。

1.2 振动特征转子不平衡振动的特征为：1）振动的时域波形近似为正弦波；2）频谱图中，谐波能量集中于基频。

透平膨胀机气体轴承的数值模拟

透平膨胀机气体轴承的数值模拟高祥虎;余晓明;李强【摘要】应用ANSYS有限元软件对透平膨胀机的核心部件——气体轴承进行模态分析和谐响应分析,求解转子的振型、应力分布、固有频率和失稳转速.并对不同轴承半径间隙时的转子动力学分析,根据失稳转速的变化规律,得出所设计的双排径向静压气体轴承的最佳轴承半径间隙:Cr =0.02 mm.【期刊名称】《现代机械》【年(卷),期】2012(000)006【总页数】4页(P26-29)【关键词】透平膨胀机;气体轴承;模态分析;谐响应分析;最佳轴承间隙【作者】高祥虎;余晓明;李强【作者单位】上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093;上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093;上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093【正文语种】中文【中图分类】TH133.350 引言气体轴承透平膨胀机具有结构简单，使用温度范围广，能长期稳定运转等优点，因此广泛应用于气体液化设备中。

气体轴承是透平膨胀机的关键部件，气体轴承要靠一定压力的清洁气体在轴承与轴颈之间形成气膜，使主轴转动时不与轴承接触。

对气体轴承转子失稳转速与轴承半径间隙、供气小孔直径、供气排数、每排供气孔数、供气孔位置等结构参数之间的内在联系和变化规律，进行改进设计[1－3]。

本文将ANSYS 数值模拟[4]和试验研究相结合，重点探讨轴承半径间隙对转子失稳转速的影响并得到气体轴承的最佳半径间隙。

1 气体轴承数值模拟1.1 气体轴承建模与网格划分图1所示为本文所设计的透平膨胀气体轴承，其主要结构包括转子及轴承两大部分，轴承部分又包括径向轴承和止推轴承。

为了保证在一定的计算精度下达到适当的计算收敛速度，对气体轴承简化如下:1)由于对整个转子动力学分析的影响很小，忽略转轴上的销和键等部件。

2)对于径向轴承，采用ANSYS软件中的COMBIN14弹簧单元来代替径向轴承。

它不能考虑弯曲和扭转，每个节点具有3个自由度，没有质量，要求输入轴承的刚度和阻尼两个参数，能等效的表示径向气体轴承的支承作用。

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（上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室，上海２００２４０）
摘要：关于透平膨胀机转子系统优化设计问题，针对强度分析，了解应力的分布状态，可以准确地处理膨胀机中高速气流和极大温差下的多场耦合环境，为强度设计和优化提供条件。为此提出采用流体一温度一结构三场顺序耦合原理，在ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ平台上，用Ｎ—Ｓ方程计算膨胀轮和增压轮在高速气流作用下的表面压强和表面温度分布，用导热微分方程得到
ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｉｍｉｎｇａｔｔｈａｔｓｔｒｅｎｇｔｈａｎａｌｙｓｉｓｗｉｌｌｈｅｌｐｔｏｔｒｅａｔａｃｃｕｒａｔｅｌｙｔｈｅｍｕｌｔｉ— — ｉｅｆｌｄｓ Байду номын сангаасｃｏｕｐｌｉｎｇｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｉｎｃｌｕ — －
ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｗｉｔｈｒｅｇａｒｄｔｏｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｕｒｂｏ～ｅｘｐａｎｄｅｒ＇ｓｒｏｔｏｒｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅａｃｑｕａｉｎｔａｎｃｅｏｆｓｔｒｅｓｓ
ＭＥＮＧＺａｉ— ｑｉａｎｇ，ＬＩＵＸｉｎｇ— ｘｉｎｇ，ＬＩＨｏｎｇ—ｇｕａｎｇ，ＭＥＮＧＧｕａｎｇ（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍａｎｄＶｉｂｒａｔｉｏｎ，ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏＴｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２４０，Ｃｈｉｎａ）
第３０卷第ｌＯ期
文章编号：１００６— ９３４８（２０１３）１０—０２５７一Ｏ５
计
算
机
仿
真
２０１３年１０月
透平膨胀机转子系统在耦合应力下的强度分析
孟再强，刘兴星，李鸿光，孟光
关键词：透平膨胀机；转子系统；耦合作用；等效应力；强度
中图分类号：ＴＢ６５３文献标识码：Ｂ
ＳｔｒｅｎｇｔｈＡｎａｌｙｓｉｓＢａｓｅｄｏｎＣｏｕｐｌｉｎｇＳｔｒｅｓｓ
ｏｆＴｕｒｂｏ— — ＥｘｐａｎｄｅｒＲｏｔｏｒＳｙｓｔｅｍ
ｄｉｎｇｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄｌｆｏｗａｎｄｔｈｅｒｍａｌｅｆｆｅｃｔ，ｗｈｉｃｈｃａｎｃｏｎｔｉｒｂｕｔｅｔｏｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｄｅｓｉｇｎａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒａｄｏｐｔｅｄｔｈｅｌｆｕｉｄ—ｔｈｅｒｍａｌ—ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｅｑｕｅｎｔｉａｌｃｏｕｐｌｉｎｇｐｉｎｒｃｉｐｌｅ．ａｐｐｌｉｅｄＮ —Ｓｅｑｕａｔｉｏｎｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｓｔｉｒｂｕｔｉｏｎｏｆｉｍｐｅｌｌｅｒｂｙｔｈｅａｃｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄｌｆｏｗＴｈｅｎｉｔｏｂｔａｉｎｅｄｔｈｅｂｏｄｙｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｒｏｔｏｒｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｈｅａｔｅｑｕａｔｉｏｎ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔａｋｉｎｇａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｆｏｒｃｅ，ｔｈｅｒｍａｌｓｔｒｅｓｓａｎｄｃｅｎｔｉｒｆｕｇｌａ
ｆｏｒｃｅｉｎｔｏｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅｐａｐｅｒｃｈｅｃｋｅｄｔｈｅｓｔｕｃｒｔｕｒｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｅｖｅｒｙｃｏｍｐｏｎｅｎｔｉｎｔｈｅｒｏｔｏｒｓｙｓｔｅｍｆｒｏｍｔｈｅ
转子系统的实体温度分布；最后，综合考虑作用在转子系统上的气动力、热应力和离心力，从结构强度理论角度分析并校核各个零部件的强度。分析中由于忽略了叶轮的轮盘和轮盖外表面气压，因此采用考虑和不考虑内表面气动力两种方案，对
转子系统的应力分布进行了仿真，结果表明转子系统各个零部件的强度均满足工况设计要求。