Комп’ютерний аналіз напружено-деформованого стану робочого колеса відцентрового компресора

Abstract

Робочі колеса представляють собою осесиметричні деталі, іноді досить складної форми, навантаженні головним чином відцентровими силами. Колеса є високонавантаженими деталями, часто працюють довгий час, сумарні напруження в них можуть бути настільки великі, що при аналізі умов їх міцності необхідно враховувати повзучість. Разом з цим колеса - це найбільш відповідальні деталі машини, і збереження їх міцності повинно бути гарантованим з повною надійністю. Сказаним і визначаються особливі труднощі та відповідальність розрахунків міцності робочих коліс компресорів. В даній роботі розглядається робоче колесо відцентрового компресора. Метою роботи було чисельно оцінити вплив потоку газу і дію відцентрових сил на напружено-деформований стан колеса відцентрового компресора за допомогою чисельного моделювання в програмному комплексі ANSYS. Розв'язувалася задача про потік газу в проточній частині колеса компресора, розраховано напружено - деформований стан колеса враховуючи натяги, дію відцентрових сил і потік газу. В роботі представлені результати досліджень впливу потоку газу і дії відцентрових сил на напружено- деформований стан колеса відцентрового компресора. З результату дослідження видно, що врахування потоку газу приводить до суттєвого збільшення напружень, а вони можуть перевищити максимально-допустимі напруження

Рабочие колеса представляют собой осесимметричные детали, иногда довольно сложной формы, нагруженные главным образом центробежными силами. Колеса есть высоконагруженных деталями, часто работают долгое время, суммарные напряжения в них могут быть настолько велики, что при анализе условий их прочности необходимо учитывать ползучесть. Вместе с этим колеса - это наиболее ответственные детали машины, и сохранение их прочности должно быть гарантированным с полной надежностью. Сказанным и определяются особые трудности и ответственность расчетов прочности рабочих колес компрессоров. В данной работе рассматривается рабочее колесо центробежного компрессора. Целью работы было численно оценить влияние потока газа и действие центробежных сил на напряженнодеформированное состояние колеса центробежного компрессора с помощью численного моделирования в программном комплексе ANSYS. Решалась задача о потоке газа в проточной части колеса компрессора, рассчитано напряженно- деформированное состояние колеса учитывая натяжения, действие центробежных сил и поток газа. В работе представлены результаты исследований влияния потока газа и действия центробежных сил на напряженно-деформированное состояние колеса центробежного компрессора. Из результата исследования видно, что учет потока газа приводит к существенному увеличению напряжений, а они могут превысить максимально допустимые напряжения.

Impellers are axisymmetrical parts. Sometimes they have complex forms. They are mainly loaded by centrifugal forces. The wheels are heavy duty parts, often working for long time and their summary stresses may be so large that the analysis of the conditions of their strength is impossible without considering creep. At the same time the wheels are the most critical parts of machines and saving their strength should be provided with complete reliability. All this is defined by special difficulties and responsibilities of the compressor and turbine wheel strength calculating. In this work the wheel of the centrifugal compressor is considered. The aim of the study was to numerically evaluate the influence of the gas flow and the action of centrifugal forces on the stress-deformation state of the centrifugal compressor by using of numerical simulation in ANSYS software. The problem of the gas flow in the flow area of the compressor wheel was solved; the stressdeformation state of the wheel including the tension, the action of the centrifugal forces and the gas flow was calculated. The results of the investigation of the gas flow influence and the action of centrifugal forces on the stress-deformation state of the impeller are presented in this article. The study shows that the consideration of the gas flow leads to the significant stress increasing that may exceed the maximum allowable stress.