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壓縮機機殼CAE分析與結構優化設計

發布于:2023-03-02 20:07
CAE分析

      離心壓縮機具有高效、可靠、結構緊湊及轉速高等優點,在能源動力及軍事工業等領域發揮著極其重要的作用。長期以來,人們主要是通過改進并優化離心壓縮機的主要元件—葉輪來提高壓縮機的性能,而忽略了對靜止元件,如機殼的計算和研究。然而,隨著研究的深入,葉輪可挖掘的潛力空間越來越小,因此,人們也逐漸把目光投向機殼等靜止元件的CAE分析研究,以期挖掘其可能存在的節能潛力,希望藉此提高機組的整體運行效率。
      根據多年的設計經驗,使用焊接機殼的計算公式,運用ANSYS軟件,建立焊接機殼的力學模型,對焊接機殼的力學性能進行研究和分析。在此基礎上判斷機殼的力學性能較差的部分,并對其進行加強,從而提高焊接機殼的力學性能,實現機殼的優化設計。
      沈陽鼓風機集團有限公司生產的焊接機殼都是用鍛件和板材焊接而成的。同以前的鑄造機殼相比,不僅可以節約鑄模的費用,同時也縮短了制造周期。
      鍛造或鑄造的進出風口焊接在機殼上,適用于較大的進出風口。用螺紋雙頭螺栓將法蘭固定在機殼上,適用于高壓壓縮機和較小的進出風口。風口法蘭連接方法,采用RF,RJ方式連接(見圖所示)。根據壓力選擇,額定壓力大于176kg/cm的法蘭采用RJ連接。
      進出風口的最大允許速度與壓縮機進出風口的速度要求一樣。首先計算壓縮機進、出風口氣流速度,以確定壓縮機進出風口的尺寸。以額定工況的容積流量和進、出口法蘭截面的實際直徑進行計算。
      進出風口厚度計算采用薄壁容器縱截面上的正應力公式,同時考慮焊接和腐蝕對應力的影響,對于焊接機殼的壁厚計算,采用薄壁容器縱截面上的正應力公式,同時考慮接和腐蝕對應力的影響。
      法蘭計算一般規則是如圖所示,由于螺栓,靠近軸承的法蘭區域除外,尺寸“A”必須滿足螺栓惚孔尺寸和基準銷孔位置。機殼上半法蘭的厚度必須滿足使雙頭螺栓靠近機殼內表面,而下半機殼的法蘭應比上半法蘭薄,使雙頭螺栓緊固時有一定的彈性。
      計算方法可用于選定雙頭螺栓在機殼邊上的位置,由于間隔的原因,布置在機殼端部的雙頭螺栓的尺寸可以縮小。由于焊接機殼采用板材,這些板材的許用應力與厚度有關,計算時請參照材料手冊中的規定,具體應力值如表所示。
      根據圖紙,我們用SOLIDWORKS軟件對機殼進行實體造型并將其導入到ANSYS Workbench進行有限元建模?紤]到機殼結構關于中軸縱剖面大致上是左右對稱的,建模時只保留了一半的實體。有限元模型包括上、下機殼及法蘭,軸承座和端板以及中分面預緊螺栓、一、二段進出口風筒,并保留了必要的加強筋板。生成的有限元網格圖如圖所示。


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