某特种涡轮机高速叶轮的变形特性研究
The Analysis of Deformational Characteristics of Impeller at High Revs
空气涡轮泵的作用是将工质-压缩空气的能量转化成机械能,为特种混流泵提供机械动力,使泵入的海水具有一定压力和流量,经发射水舱进入发射管,推动管中物体运动出管.发射系统的特点是短时间工作,却要求提供较大功率,使得所发射的物体在1、2秒内达到预定的出管速度要求.由于发射的过程极短,也就意味着作为原动机的涡轮机的转速由零上升到额定转速的时间极短,在整个过程中,涡轮机一直处于变工况工作状态.工况急剧变化使得对涡轮机叶轮的材料选用、强度和稳定性有着极高的要求.如一旦涡轮机叶轮发生了不可恢复的塑性变形,致使叶顶间隙过小、导致叶片与流道内壁可能发生干涉,进而埋下重大安全隐患.故研究高速叶轮的变形特性关乎整个发射系统的安全性和可靠性.因此,本课题的研究具有重大的理论意义和实际价值.工程实际中,叶轮工作的工况一般都需要在其额定转速以下.因为一旦超过其额定转速,可能会发生塑性变形,而塑性变形的重要特性就是不可恢复性,本论文研究的方向就是研究叶轮在其发生塑性变形的情况下,定量地得出叶轮的塑性变形区域及形变势能大小,研究叶轮变形特性,为可靠地设计不同工况下的叶轮叶片提供依据.本文对钛合金叶轮在超速情况下发生塑性变形后的变形特性进行研究,通过应变特性确定其变形及破坏的大小.本文采用数学方法,即在给定边界条件下对约束和模型进行合理简化,建立平衡方程、几何方程和本构方程,对叶轮的塑性变形特性进行分析,在此基础上,应用泛函及其极值的求解方法,研究叶轮的应变能、耗散能等能量特性,并得出解析解.然后应用ANSYS软件建立的有限元模型,在此基础上进行变形分析及动力学仿真,得出分析结果;最后通过实验得出实验值.把实验值与理论计算值进行对比,分析计算模型的合理性及有效性,考虑如何使问题得到简化的同时,获得足够精确的结果.在验证结果的基础上,作为叶轮叶片设计的理论参考.
- 作者：
- 高兴
- 学位授予单位：
- 中国舰船研究院
- 专业名称：
- 武器系统与运用工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2013年
- 导师姓名：
- 段浩
- 中图分类号：
- TJ635
- 关键词：
- 叶轮；变形特性；失效区域；能量法；超速试验
- impeller；deformational character；invalid area；energy method；excessive speedexperiment