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【摘要】：羅茨鼓風機由于結構簡單、形式多樣、工作穩(wěn)定等特點而在各工業(yè)部門廣泛使用。葉輪是風機重要的結構件之一,為羅茨鼓風機的穩(wěn)定運行起到了非常關鍵的作用。兩個葉輪在旋轉過程中的配合是確保氣體輸送效率的前提,氣體輸送壓縮過程的溫度升高使葉輪轉子外輪廓產生不均勻熱變形,配合間隙變化,導致羅茨鼓風機兩個葉輪產生局部干涉,加劇局部磨損,甚至咬死。因此控制減小羅茨鼓風機葉輪外輪廓熱變形量,使葉輪在實際工況下依然保持穩(wěn)定,對整體機械設備正常穩(wěn)定工作有著重要的意義。本文以錦工鼓風機廠有限責任公司生產的S31型羅茨鼓風機葉輪進行熱變形分析及優(yōu)化設計,主要研究內容及成果如下:(1)介紹了羅茨鼓風機中常用的性能評價指標,對葉輪熱變形產生機理進行了分析,由于羅茨鼓風機的工作原理決定了其在工作過程中具有較高的溫度升高,并隨著輸送氣體壓力的升高而升高,因此分析了機械零件熱變形理論基礎,涉及傳熱學、彈性理論、熱彈性理論、材料熱膨脹理論等;(2)建立了 S31型羅茨鼓風機整機的三維模型,并分析了 S31型羅茨鼓風機的結構特點,建立了 S31型羅茨鼓風機葉輪的有限元模型,對葉輪進行了穩(wěn)態(tài)熱分析,得到了葉輪在溫升下的熱變形量和等效應力,為接下來的優(yōu)化分析計算做了準備。(3)為防止溫度變化分布不均導致葉輪轉子外輪廓產生不均勻熱變形,外輪廓變形導致配合間隙產生變化;基于形體熱變形非相似性特征,分析葉輪平衡孔形狀對羅茨鼓風機葉輪外輪廓然變形量的影響規(guī)律,通過仿真確定優(yōu)化孔型結構;得出熱變形量最小的羅茨鼓風機葉輪的結構,使羅茨鼓風機工作壽命延長。(4)為防止羅茨鼓風機兩個葉輪產生局部干涉,加劇局部磨損,影響羅茨鼓風機的正常運行,選取葉輪非配合面尺寸作為設計變量,利用DOE中心復合設計原理,對葉輪進行參數優(yōu)化,得到更為合理的非配合面尺寸,提高了羅茨鼓風機氣體輸送效率,使其工作效率提高。本文的研究將為羅茨鼓風機葉輪的熱變形分析及優(yōu)化設計提供重要參數及依據,并且對于今后同類型結構的研發(fā)也具有一定的指導意義。
【學位授予單位】：錦工理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2021
【分類號】：TH44
【圖文】：
測量儀器的精度發(fā)生了質的變化，由溫度變化造成的測量誤差在儀器測量總誤差逡逑中所占比例越來越大。溫度的變化造成的誤差對機械精度造成了較大的影響，根逡逑據統(tǒng)計資料分析表明，溫度引起誤差與測量總誤差關系如圖１．３所示［８］。逡逑２逡逑
生局部干涉，加劇局部磨損、甚至咬死，不僅影響羅茨鼓風機的正常運行，而且逡逑降低葉輪工作壽命。當羅茨鼓風機三葉轉子間隙過大時，在低速低溫條件下，其逡逑效率低下，影響羅茨鼓風機整體性能，達不到最佳效果。圖１．４為羅茨鼓風機葉逡逑輪。逡逑３逡逑
?。ǎ幔﹥扇~轉子邐（ｂ）三葉轉子逡逑圖１．４羅茨鼓風機轉子逡逑羅茨鼓風機的工作原理決定了其在工作過程中具有較高的溫度升高，并隨著逡逑輸送氣體壓力的升高而升高［１１〕，溫度升高影響羅茨鼓風機轉子的正常配合，導致逡逑羅茨鼓風機葉輪轉子熱變形日益明顯，進而影響羅茨鼓風機安全運行。因此，在逡逑不同工況下對羅茨鼓風機葉輪進行熱變形分析與結構優(yōu)化，控制減小羅茨鼓風機逡逑葉輪外輪廓熱變形量，使葉輪轉子在實際工況下依然保持嚙合、穩(wěn)定，對整體機逡逑械設備正常穩(wěn)定工作有著重要的意義。圖１．５為三葉羅茨鼓風機結構圖。逡逑丨邋ｉｒｔｉｉ逡逑Ｍｒ逡逑？出氣丨丨逡逑ｉ逡逑ＨＩ邋＿＿＿■■Ｔｌｊ逡逑圖１．５三葉羅茨鼓風機結構圖逡逑對于一般物體，熱脹冷縮是成立的，這是材料永恒的屬性。而物體形體尺寸逡逑則不完全具有這種屬性，由于受到形體結構其他相關尺寸的制約，物體形體尺寸逡逑熱變形不遵從熱脹冷縮這一規(guī)律。即材料是受熱時會膨脹
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本文編號：
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周志海;胡永樂;;S31型羅茨鼓風機葉輪熱變形分析及優(yōu)化設計[J];風機技術;2020年04期
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陳冬武;逆向工程和激光技術在葉輪修復中的應用[D];蘭州理工大學;2020年
郭信心;葉輪失諧特性分析與振動監(jiān)測系統(tǒng)的設計[D];燕山大學;2020年
楊樂樂;離心泵參數化設計與內部流場仿真研究[D];燕山大學;2020年
王洋;三葉羅茨鼓風機振動噪聲測試分析與風機測試車間安全評價[D];中國石油大學;2011年
徐蓮環(huán);羅茨鼓風機內部脈動流動的數值分析[D];天津大學;2007年
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10
呂博鑫;提高葉輪精度的非均勻余量工藝優(yōu)化策略及試驗研究[D];上海應用技術大學;2020年
型號
口徑
轉速
各排氣壓力下的進口流量Qs(m3/min)、?軸功率La(kW)及所配電機功率Po(kW)Inlet?volume?Qs(m3/min)?shaft?power?required?La?(kW)?and?motor?power?Po(kW)
電機
Speed
極數
Type
Bore
r/min
19.6kPa
29.4kPa
39.2kPa
49.0kPa
58.8kPa
68.6kPa
78.4kPa
88.2kPa
98.0kPa
Motor?pole
mm
Qs
La
Po
Qs
La
Po
Qs
La
Po
Qs
La
Po
Qs
La
Po
Qs
La
Po
Qs
La
Po
Qs
La
Po
Qs
La
Po
S31
150
1480
19.4
8.81
11
18.7
12.5
15
18.2
16.2
18.5
17.7
19.9
30
17.2
23.5
30
16.8
27.2
37
16.4
30.9
37
16
34.6
45
15.6
38.3
45
1580
21
9.55
15
20.3
13.5
18.5
19.7
17.4
22
19.2
21.3
30
18.7
25.3
30
18.3
29.2
37
17.9
33.1
37
17.5
37.1
45
17.2
41
55
1680
22.5
10.3
15
21.8
14.5
18.5
21.2
18.7
22
20.7
22.8
30
20.2
27
37
19.8
31.2
37
19.4
35.4
45
19
39.6
45
18.7
43.7
55
1780
24
11.1
15
23.3
15.5
18.5
22.7
19.9
30
22.2
24.4
30
21.8
28.8
37
21.3
33.2
37
20.9
37.7
45
20.6
42.1
55
20.2
46.5
55
1880
25.5
11.9
15
24.8
16.6
22
24.3
21.3
30
23.7
25.9
30
23.3
30.6
37
22.8
35.3
45
22.4
40
45
22.1
44.6
55
21.7
49.3
55
2000
27.4
12.9
18.5
26.7
17.9
22
26.1
22.8
30
25.6
27.8
37
25.1
32.8
37
24.7
37.8
45
24.3
42.7
55
23.9
47.7
55
23.5
52.7
75
2120
29.2
13.9
18.5
28.5
19.2
22
27.9
24.5
30
27.4
29.7
37
26.9
35
45
26.5
40.3
55
26.1
45.6
55
25.7
50.8
75
25.4
56.1
75
2240
31
15
18.5
30.3
20.6
30
29.7
26.1
30
29.2
31.7
37
28.8
37.3
45
28.3
42.9
55
27.9
48.4
55
27.6
54
75
27.2
59.6
75
2370
33
16.2
18.5
32.3
22.1
30
31.7
28
37
31.2
33.9
45
30.7
39.8
45
30.3
45.7
55
29.9
51.6
75
29.5
57.4
75
29.2
63.3
75
2500
35
17.4
22
34.3
23.7
30
33.7
29.9
37
33.2
36.1
45
32.7
42.3
55
32.3
48.5
55
31.9
54.7
75
31.5
61
75
31.2
67.2
75
2650
37.2
18.9
22
36.6
25.5
30
36
32.1
37
35.5
38.7
45
35
45.3
55
34.6
51.9
75
34.2
58.5
75
33.8
65
75
2800
39.5
20.5
30
38.8
27.4
37
38.3
34.4
45
37.7
41.4
55
37.3
48.3
55
36.8
55.3
75
36.4
62.2
75
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