《表1 设计转速下三种载荷的计算结果》

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《离心式压缩机叶轮流固耦合分析及可靠度计算》

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图1a、b、c为叶轮在设计转速下仅承受气动荷载、仅受离心惯性力和同时考虑气动荷载与离心惯性力时的总变形云图。图2a、b、c为叶轮在设计转速下仅承受气动荷载、仅受离心惯性力和同时考虑气动荷载与离心惯性力时的等效应力云图。表1展示了在设计转速下三种荷载状态下最大变形位移和最大等效应力数值，从表1可以看出，仅受气动荷载产生的最大变形约为仅受离心惯性力产生的最大变形的八十分之一，耦合后的叶轮最大变形的数值大小仅为轮盘直径的千分之二，仅受气动荷载产生的最大等效应力约为仅受离心惯性力产生的最大等效应力百分之一，气动荷载产生的变形与等效应力过小，即推测双向耦合结果与单向耦合结果差别不大。从图1a、b、c中可以看出，在三种载荷状态下，叶片变形趋势大体上一致，最大变形发生在轮盘外缘，由于轮盘轴孔的固定约束，从叶顶到叶根部，变形程度逐渐减小。从数值结果上来看气动荷载导致的叶轮变形很小，比离心惯性力导致的变形小一个数量级，同时结果显示流固耦合后的叶轮变形比仅受离心惯性力的变形数值小，这是由于气动荷载的变形方向与离心惯性力相反。根据图2a、b、c我们看到叶轮的最大应力发生在轴孔处，这是由于应力集中导致。可以对叶片与轮盘的交界处以及轴孔位置采取倒圆，以减少应力集中。仅受气动荷载的等效应力数值上比离心惯性力小两个数量级，三种状态下的应力分布基本一致，且由于气动荷载作用方向与离心惯性力相反导致耦合状态下的等效应力小于惯性离心力。