渦輪增壓器優(yōu)化設(shè)計

1、利用WORKBENCH分析離心式壓縮機(jī)半開式葉輪強(qiáng)度發(fā)表時間：2009-8-5 作者: 孟巖關(guān)鍵字: 離心壓縮機(jī) 半開式葉輪強(qiáng)度 ANSYS Workbench本文主要應(yīng)用ANSYS-Workbench environment，對離心式壓縮機(jī)半開式葉輪進(jìn)行的強(qiáng)度分析，以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化后所得到結(jié)果與原結(jié)果的對比分析。分析過程充分突出了ANSYS-Workbench 的快捷與實(shí)用。1 前言自我廠成功設(shè)計開發(fā)了陜西神木2.8 萬NM3/H 空分裝置用離心壓縮機(jī)（H467），實(shí)現(xiàn)了壓縮機(jī)設(shè)計史上的重大突破，開創(chuàng)了我廠大型空分裝置用懸臂離心壓縮機(jī)組的自行設(shè)計制造的新天地，該成果的意義是深遠(yuǎn)的，社會和經(jīng)濟(jì)效益

2、也是巨大的。鑒于首級輪的特點(diǎn)，設(shè)計者往往要對它的力學(xué)性能保持高度重視。本文應(yīng)用ANSYS Workbench 軟件對首級半開式葉輪進(jìn)行強(qiáng)度分析，并且根據(jù)分析所得結(jié)果，對原有結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。ANSYS Workbench 是用ANSYS 求解實(shí)際問題的新一代產(chǎn)品，它給ANSYS 的求解提供了強(qiáng)大的功能。這種環(huán)境為CAD 系統(tǒng)提供了全新的平臺，保證了最好的CAE 結(jié)果。目前我廠主要使用ANSYS Mechanical 中的結(jié)構(gòu)力學(xué)分析部分（Structure 模塊）該工具有如下技術(shù)特點(diǎn)：1. 雙向參數(shù)互動的CAD 接口2. 智能網(wǎng)格生成器3. 各種結(jié)果的數(shù)據(jù)處理4. 各種結(jié)果的圖形及動畫顯示5.

3、 全自動生成計算報告等。2 利用SOLIDWORKS 2008 對該葉輪進(jìn)行三維造型并轉(zhuǎn)入AWE前處理使用SOLIDWORKS 軟件進(jìn)行建模。作為著名CAD 軟件之一，個人覺得它非常適合與ANSYS 進(jìn)行數(shù)據(jù)共享。尤其對一些大型壓縮機(jī)整體承重分析，更能體現(xiàn)其與Workbench的理想組合。2.1 建立葉輪三維模型通過CAXA 所繪二維圖紙，將輪盤子午面繪制到新零件的右視圖中，作為實(shí)體的一個截面數(shù)據(jù)，通過旋轉(zhuǎn)實(shí)體命令可生成實(shí)體。對于此類葉輪，如僅是三維造型，則會有很多方式去實(shí)現(xiàn)它，但我為了使該模型在ANSYS 中得到更好的應(yīng)用效果，所以對其做了一部份局部的細(xì)節(jié)處理：刪除了葉片周圍原有的小圓角和輪

4、盤軸孔前后端的兩處倒角等等?？偨Y(jié)以往工作經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)利用軟件中的曲面包絡(luò)建立的模型，無論從外觀效果，還是局部的合理化程度，都達(dá)到了很高的水準(zhǔn)。葉輪三維效果如圖1 所示。ANSYS Workbench 擁有強(qiáng)大的雙向參數(shù)互動的CAD 接口，它能輕易地實(shí)現(xiàn)CAD 與Workbench 間的數(shù)據(jù)傳遞，并且可以提供參數(shù)的雙向互動，這些帶給設(shè)計人員更加便捷的工作效率。特別是對一項(xiàng)工作需要優(yōu)化并反復(fù)修改時，它方便快捷的優(yōu)勢體現(xiàn)的更加淋漓盡致。通過ANSYS 接口，選擇將葉輪導(dǎo)入DM（Design Modeler）,應(yīng)用Surface body 將輪盤表面作為待選面，凍結(jié)（Frozen）實(shí)體并通過面將其分割，

5、使用切片工具（Slicing ）。利用上述命令得到各個葉片與輪盤分離效果，對所有實(shí)體使用Form New Part 命令，將其轉(zhuǎn)化為多體零件（Multibody Parts ）用來使各個實(shí)體間共享相同節(jié)點(diǎn)。將處理后的幾何特征在DS（Design Simulation ）中進(jìn)行Sweep 分網(wǎng)，得到我所需要的兩層葉片效果（見圖2）。鑒于葉片結(jié)構(gòu)特征，厚度方向尺寸遠(yuǎn)小于其他部分尺寸，這樣做是為了得到更加準(zhǔn)確的仿真結(jié)果。 3 后續(xù)工作及優(yōu)化方案計算得Equivalent (Von-mises) 值為756.91 Mpa,位于葉片根部（見圖3）。在此希望將應(yīng)力降低到750Mpa以下來滿足客戶的要求。考

6、慮若干方案后，決定通過修改葉片參數(shù)來實(shí)現(xiàn)。通過我廠NREC氣動計算程序求出了4個文件：包含將葉片厚度增加14mm 后，葉片吸力面及壓力面對應(yīng)的空間曲線X、Y、Z、R 參數(shù)。我在此計算了其中的一例：將葉片靠近輪盤側(cè)厚度加3mm，頂側(cè)厚度加1mm 。如加的太厚，則會影響氣動，降低整機(jī)效率是不可接受的結(jié)果。修改后的模型可以快速通過雙向參數(shù)互動的CAD 接口導(dǎo)入，該接口使得優(yōu)化結(jié)果無需多次存盤，避免了繁多的優(yōu)化數(shù)據(jù)文件，可以在Project 里羅列出全部的優(yōu)化方案，一目了然，無形中縮短了設(shè)計周期，提高了效率。本次優(yōu)化結(jié)果Equivalent (Von-mises) 值為733.92 Mpa，且最大應(yīng)力區(qū)域沒有轉(zhuǎn)移（見圖4），達(dá)到了優(yōu)化目的。圖1（模型） 圖2（網(wǎng)格）圖3（原模型應(yīng)力分布） 圖4 (最終優(yōu)化結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布)4 結(jié)論由上