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磁悬浮离心空气压缩机研究报告一、引言空气压缩机是工程领域中不可或缺的设备，广泛应用于空调、冷藏、数控机床、工程机械等领域。
传统的压缩机通常采用离心式、螺杆式、滚子式等结构，其中以离心式空气压缩机的功率和流量等指标更突出，但其噪音大、效率低、维护周期长等缺点制约了其在实际应用中的完全发挥。
为了克服传统离心式空气压缩机的缺陷，磁悬浮离心空气压缩机作为新型空气压缩机逐渐被人们熟知，并在实际应用中逐步得到推广和应用。
本文将对磁悬浮离心式空气压缩机的结构、工作原理、特点、应用等方面进行系统性的研究和介绍，拓宽人们对其了解和应用范围，推广磁悬浮离心式空气压缩机在各种工程领域中的应用。
磁悬浮离心式空气压缩机主要由压缩机本体、驱动系统、控制系统等组成。
其中，压缩机本体主要包括压气室、转子、定子等部分。
压气室由进气室和压缩室组成，进气室负责将空气吸入压缩机内部，压缩室则负责将压缩机吸入的空气进行压缩。
转子主要分为主转子和从转子两部分，主转子是由永磁体和导体组成，从转子则是由铁芯和导体组成。
定子是由铁芯和线圈组成，主要负责产生磁场。
驱动系统主要由电机和减速器组成，电机负责提供动力，减速器则负责将电机输出的高速转速降低至适合压缩机本体的转速。
控制系统是磁悬浮离心式空气压缩机能够自动化运行的保证，由传感器、控制器、变频器等组成。
传感器主要负责检测压缩机内部的温度、压力等数据，控制器则负责对传感器反馈的数据进行处理，并对电机给予指令。
磁悬浮离心式空气压缩机的工作原理与传统离心式空气压缩机类似，但磁悬浮离心式空气压缩机采用永磁体和电磁线圈相互作用的方式，将转子悬浮在轴承之上，避免了轴承在高速旋转下的磨损和故障。
同时，传统离心式空气压缩机的叶轮和定子之间存在接触，产生了摩擦阻力，而磁悬浮离心式空气压缩机则通过磁悬浮技术避免了摩擦阻力的产生，其工作效率和使用寿命更高。
1、低振动、低噪音：磁悬浮离心式空气压缩机通过磁悬浮技术实现转子与定子之间的无接触，避免了传统离心式空气压缩机由于接触所产生的振动和噪音，并可在高速旋转下保持前后稳定。
采用免疫算法的离心压缩机叶轮多目标优化及性能分析梁璐;宫武旗;刘一彤;王芳【期刊名称】《西安交通大学学报》【年(卷),期】2024(58)2【摘要】为进一步探索高性能离心压缩机的优化设计方法,以某气浮轴承离心制冷压缩机叶轮为研究对象,结合多层前向神经网络,发展了基于非支配近邻免疫算法的叶轮多目标优化策略。
首先,采用免疫算法优化神经网络的隐含层结构,以提升其作为代理模型的非线性逼近能力;其次,以近喘振点、设计点、近堵塞点的多变效率最大为优化目标,采用免疫算法进行叶轮全工况性能寻优,并通过数值仿真对优化前、后叶轮的气动性能及流动特性进行了对比分析。
仿真结果表明:采用免疫算法进行优化后,叶轮在近喘振点、设计点、近堵塞点的多变效率分别提高了1.8%、1.9%、4%,稳定运行工况范围明显拓宽;对比流场后发现,在90%叶高处,主叶片和分流叶片载荷从前缘至尾缘均明显增加,叶片做功能力增大;分流叶片进口倾角减小使得叶片进口冲击损失降低,流道内泄漏流与主流掺混现象明显减弱,叶轮内部流动更加均匀。
研究结果验证了所提多目标优化策略的有效性。
【总页数】10页(P56-65)【作者】梁璐;宫武旗;刘一彤;王芳【作者单位】西安交通大学能源与动力工程学院【正文语种】中文【中图分类】TK05【相关文献】1.采用遗传算法的离心叶轮多目标自动优化设计2.离心压缩机级半开式叶轮采用无叶和串列扩压器的性能分析3.采用Kriging模型的离心压缩机叶轮多目标参数优化4.基于CFD和多目标算法的离心叶轮参数优化5.燃料电池离心压缩机叶轮构型的参数优化及性能分析因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于Workbench 的离心式叶轮有限元分析荆晶1，顾崇谦2，吴奎3，谈立春2，窦磊1（1.国核电力规划设计研究院有限公司，北京100020；2.北京太阳宫燃气热电有限公司，北京100020；3.锦州新锦化机械制造有限公司，辽宁锦州121000）表1叶轮相关参数参数参数值叶轮直径D 1/mm 526叶轮内径D 2/mm 140轮毂宽度H /mm 100转速/(r ·min -1)11400功率/kW2300摘要：离心式叶轮压缩机叶轮的工作性能直接影响压缩机的工作效率。
叶轮结构的强度分析是其结构设计中的重要一环。
采用有限元法分析了采用过盈方式连接的离心式叶轮在工作状态下的应力和变形情况，结果表明：最小过盈量为0.22mm，此时叶轮可传递的功率为4736kW，安全系数为2.0，满足设计要求；当过盈量为0.24mm，转速为11400r/min时，叶轮的最大等效应力为727.61MPa，小于材料屈服强度，满足使用条件。
关键词：离心式叶轮；过盈装配；有限元法；ANSYS Workbench中图分类号:TH 45文献标志码:A文章编号：1002-2333（2019）12-0066-03Finite Element Analysis of Centrifugal Impeller Based on WorkbenchJING Jing 1,GU Chongqian 2,WU Kui 3,TAN Lichun 2,DOU Lei1（1.National Nuclear Power Planning and Design Institute Co.,Ltd.,Beijing 100020,China;2.Beijing Taiyanggong Gas-fired Thermal Power Co.,Ltd.,Beijing 100020,China;3.Jinzhou Xinjinhua Machinery Manufacturing Co.,Ltd.,Jinzhou 121000,China ）Abstract:The working performance of impeller in centrifugal impeller compressor directly affects the working efficiency of compressor.Strength analysis of impeller structure is an important part of its structural design.This paper analyzes the stress and deformation of centrifugal impeller connected by interference mode using finite element method.The results show that the minimum interference is 0.22mm,the power transmitted by the impeller is 4736kW and the safety factor is2.0,which meets the design requirements.When the interference is 0.24mm and the speed is 11400r/min,the maximumequivalent stress of the impeller is 727.61MPa,which is less than the yield strength of the material and meets the application conditions.Keywords:centrifugal impeller;interference assembly;finite element method;ANSYS Workbench0引言叶轮是压缩机的核心部件，工作中一直处于高速的旋转状态，其运行安全是影响压缩机能否稳定运行的关键因素。
大连理工大学硕士学位论文离心式压缩机叶轮整体电解加工研究姓名：李丹申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：朱林剑20071201大连理工大学硕士学位论文片图１．１开式叶轮Ｆｉ导１．１Ｏｐｅｎｉ哔ｎ口半开式叶轮和开式叶轮不同，叶片槽道一侧被轮盘封闭，另一侧敞开，改善了气体通道，减少了流动损失，提高了效率。
但是，由于叶轮侧面间隙很大，有一部分气体从叶轮出口倒流回进口，内泄漏损失大。
此外，叶片两边存在压力差，使气体通过叶片顶部从一个槽道潜流向另一个槽道，因而这种叶轮的效率仍不高，比闭式叶轮低。
但是由于这种叶轮不设轮盖，因而半开式叶轮允许圆周速度高，单级压比大，常常成为单级增压器的主要叶轮形式．圈１．２半开式叶轮Ｆｉｇ．１．２Ｕｎ蚰Ｉｌｌｄ面ｐｅｎ茁闭式叶轮由轮盘、叶片和轮盖组成，这种叶轮对气体流动有利。
轮盖上装有气体密封，减少了内泄漏损失。
叶片槽道间潜流引起的损失也不存在，因此效率比前两种叶轮离心式压缩机叶轮整体电解加工研究都高。
另外，叶轮和机壳侧面间隙也不像半开式叶轮那样要求严，可以适当放大，使检修时拆装方便。
这种叶轮在制造上虽较前两种复杂，但具有效率高和其他优点，故在压缩机中得到广泛应用。
图１．３闭式叶轮Ｆｉｇ．１．３Ｃｌ＿ｏⅫ：ｌｉ珥枷日二元轮叶片的形状常采用单圆弧、双圆弧、直叶片和空间扭曲叶片。
三元轮叶片空间扭曲，大大改善了气体流动性能，使叶轮效率得到较大提高，但加工复杂，最先在大流量压缩机中应用，当今由于三元流设计和制造技术的进步，许多压缩机（包括中等流量甚至小流量压缩机）叶轮都采用全三元流设计．１．３．２叶轮常用加工方法叶轮加工方法分为铆接、焊接和整体型【硐。
铆接型叶轮分为一般铆接和整体铣制铆接。
一般铆接叶轮是早期压缩机常采用的方法，叶片常用钢板压制成型，分别与轮盘、轮盘铆接在一起。
一般铆接比整体铣制铆接材料利用率高，但强度低，多用在低中压压缩机中叶片比较宽的情况下。
铣制叶轮的叶片在轮盘上铣出，和轮盖利用穿孔铆接、或者利用叶片榫头铆接。
离心压缩机研究报告一、引言离心压缩机是一种常见的流体机械设备，广泛应用于工业生产和能源领域。
本篇报告旨在对离心压缩机进行深入研究，探讨其工作原理、性能特点以及应用领域。
二、离心压缩机的工作原理离心压缩机通过离心力将气体或液体压缩，实现增压效果。
其工作原理可简要概括为以下几个步骤：1. 气体或液体从进口流入离心压缩机，进入转子。
2. 转子高速旋转，使气体或液体受到离心力的作用，向外移动。
3. 气体或液体在离心力的作用下，逐渐增加速度和压力。
4. 最终，气体或液体从出口排出，实现压缩效果。
三、离心压缩机的性能特点1. 高效性能：离心压缩机具有高效的压缩能力，能够在短时间内将气体或液体压缩到较高的压力水平。
2. 广泛适用：离心压缩机可用于压缩多种气体或液体，适用于不同的工业领域和应用场景。
3. 运行平稳：离心压缩机结构简单，运行平稳可靠，能够长时间连续工作。
4. 维护成本低：离心压缩机的维护成本相对较低，节省了维修和更换部件的费用。
四、离心压缩机的应用领域离心压缩机广泛应用于以下几个领域：1. 工业制造：离心压缩机可用于工业制造中的气体增压、压缩空气供应等工艺。
2. 能源领域：离心压缩机可用于石油、天然气等能源的输送和储存中。
3. 制冷与空调：离心压缩机是制冷与空调系统中的重要组成部分，用于冷却和循环制冷剂。
4. 化工领域：离心压缩机可用于化工过程中的气体压缩和输送。
五、离心压缩机的发展趋势随着科技的进步和工业的发展，离心压缩机也在不断创新和发展。
未来离心压缩机的发展趋势主要体现在以下几个方面：1. 高效节能：发展更加高效节能的离心压缩机，以满足环保和能源节约的需求。
2. 低噪音：研究降低离心压缩机的噪音水平，提高使用的舒适性。
3. 智能化：通过引入智能控制技术，提高离心压缩机的自动化程度和智能化水平。
4. 多功能化：研究开发多功能离心压缩机，满足不同场景和需求的应用要求。
六、结论离心压缩机是一种重要的流体机械设备，广泛应用于工业生产和能源领域。
周丹4人1、离心式压缩机转子大过盈配合分析研究( 1人)设计要求完成离心式压缩机转子大过盈配合的等效应力、形变、接触应力、微观轮廓变化的分析设计内容1）建立压缩机转子三维模型；2）分析转子的等效应力、形变、接触应力与过盈量的关系；3）在过盈量、应力、形变间建立数学模型；4）分析大过盈配合界面微观轮廓变化情况。
准备知识1）复杂零件三维建模（数据点拟合曲面造型）；2）有限元分析软件（例如Ansys）与数据处理软件（例如Matlab）；3）微观轮廓描述与检测方法。
2、离心式压缩机转子大过盈配合温差拆解分析研究( 1人)设计要求完成离心式压缩机转子大过盈配合温差拆解过程中的应力、形变、温度场、拆解力的分析，在过盈量、温度场设置、时间、拆解力等因素间建立数学模型。
设计内容1）建立压缩机转子三维模型；2）分析转子的等效应力、形变、接触应力（静力场）；3）分析温差场、接触应力、拆解力（温度场与摩擦接触）；4）在过盈量、温度场、接触应力（或拆解力）间建立数学模型。
准备知识1）复杂零件三维建模（数据点拟合曲面造型）；2）有限元分析软件（例如Ansys）与数据处理软件（例如Matlab）。
3、离心式压缩机转子大过盈配合拆解损伤样块实验研究( 1人)设计要求完成离心式压缩机转子轮轴材料（FV520B、40CrNiMo7、KMN）样块拆解损伤实验，分析实验数据，归纳实验结论，建立损伤模型。
设计内容1）制定实验规程，设计实验样块图纸；2）进行拆解损伤实验；3）检测分析一系列实验前后样块的配合界面形貌、材料属性的变化；4）找寻损伤规律，建立损伤模型。
准备知识1）实验设计；2）摩擦学、材料学；3）损伤检测与界定的方法。
4、离心式压缩机转子大过盈配合加速服役样块实验台设计( 1人)设计要求完成离心式压缩机转子大过盈配合加速服役样块实验台的设计。
设计内容1）分析离心式压缩机转子服役特性，制定加速服役实验参数；2）设计加速服役样块实验台（三维装配）；3）装配图与零件图；准备知识1）三维建模；2）AutoCAD；3）加速等效实验设计。
专利名称：一种离心式空气压缩机叶轮专利类型：实用新型专利
发明人：余浪波,赵迎普,盛昌国
申请号：CN202021136236.5
申请日：20200618
公开号：CN212838569U
公开日：
20210330
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种离心式空气压缩机叶轮，包括固定块、降阻槽和降噪垫圈，所述固定块表面外围围绕中心位置均匀开设有安装孔，所述固定块外围一侧焊接有叶盘，所述叶盘表面围绕中心位置均匀开设有通风孔，所述叶盘表面通过通风孔内壁黏设有降噪垫圈，所述固定块外围位于叶盘表面通风孔一侧围绕中心位置均匀设置有叶轮片，所述叶轮片表面均开设有降阻槽。
本实用新型抽吸气体效果好，其结构具有降噪降风阻性，从而大幅度的提升了工作效率，同时，还有效的提升了叶轮的使用寿命，适合被广泛推广和使用。
申请人：德耐尔节能科技(上海)股份有限公司
地址：201501 上海市金山区枫泾镇亭枫公路6767号
国籍：CN
代理机构：嘉兴启帆专利代理事务所(普通合伙)
代理人：廖银洪
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离心压缩机叶轮过盈接触及传递扭矩研究杨树华;侯秀丽;王宇;孟继纲;王开宇;肖忠会【摘要】本文针对某离心压缩机叶轮，详细开展了基于有限元方法的非线性接触分析。
深入研究了在离心载荷作用下过盈量和最大Von Mises应力、接触压力以及传递扭矩的关系，并根据叶轮做功传递扭矩的要求，给出了叶轮与轴之间适宜过盈量的设计建议和旋转松脱的甄别方法。
%In this paper, one shrouded impeller in some centrifugal compressor is selected to do some detailed finite element analysis based on nonlinear contact theory. Considering the rotating inertial load, the residual interference between the shaft and impeller hole is obtained. Then thorough researches about relationships among the residual interference, the equivalent stress, contact stress and transmission torque are carried out. At last, according to the transmission torque requirement, some advices are brought up for rotating-loose estimate and interference determination.【期刊名称】《风机技术》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】4页(P40-43)【关键词】离心压缩机;叶轮;过盈接触;传递扭矩【作者】杨树华;侯秀丽;王宇;孟继纲;王开宇;肖忠会【作者单位】沈阳鼓风机集团股份有限公司;沈阳鼓风机集团股份有限公司;沈阳鼓风机集团股份有限公司;沈阳鼓风机集团股份有限公司;沈阳鼓风机集团股份有限公司;沈阳鼓风机集团股份有限公司【正文语种】中文【中图分类】TH4520 引言现代工业中，离心压缩机大量采用过盈配合叶轮，叶轮与轴之间的过盈配合形成径向接触压力。
叶轮运转时，要求有足够的过盈配合应力以保证配合件之间不发生任何相对的滑动或转动。
工作时依靠与轴产生的摩擦来传递扭矩。
采用过盈连接必须精确的确定孔轴表面的接触压力，以确定许用传递扭矩。
为保证叶轮在旋转工作状态不至松脱的同时，又要保证装配后应力值在许用范围之内，因此旋转叶轮的应力分析和过盈量的计算成为工程设计中的一个关键问题。
本文利用ANSYS软件对转轴—叶轮进行接触分析计算，分析在离心力作用下，定量地得到过盈接触压力和传递扭矩，分析过盈量是否满足设计需要。
1 离心载荷下的叶轮强度和变形分析以某一压缩机叶轮为例，叶轮由轮盘、轮盖和长短叶片各11 枚的叶片组成，叶轮外直径为D＝1 402mm，轴孔直径为406mm，施加转速为3 464r/min。
经ANSYS 分析计算叶轮最大Von Mises 应力云图见图1，叶轮内孔的变形见图2。
叶轮的最大Von Mises应力为495MPa，小于材料的屈服极限685MPa，强度合格；内孔最大径向变形为0.23mm，见图2，不考虑轴的变形，按照线性理论判断过盈量，直径过盈量大于0.46mm时，叶轮和轴完全接触上，为合理过盈值。
图1 叶轮的Von Mises应力图图2 叶轮的内孔变形图2 过盈配合的叶轮非线性接触分析2.1 过盈接触分析理论概述叶轮和轴的过盈接触问题是一种高度的非线性问题，利用接触单元处理叶轮、轴的过盈联结问题，确定在一定过盈量下的叶轮与轴的应力分布规律和变形情况。
几何非线性问题的有限元分析方法中，通常采用增量分析方法。
本叶轮接触问题的求解方法采用拉格朗日乘子法的有限元求解方程[1]。
（a）粘结接触状态（b）摩擦滑动接触状态其中u 是节点位移增量向量；分别是各单元的积分。
2.2 有限元建模接触单元是覆盖在分析模型接触面之上的一层单元，对于叶轮和轴的过盈接触，使用面—面的接触单元来模拟模型的柔体—柔体的面面接触。
叶轮内孔的接触表面被当作“目标”面，用Targe170来模拟3-D的“目标”面；轴的接触表面被当作“接触”面，用Conta174来模拟。
为保证计算的精确度，在接触区域附近，采用solid186六面体网格，见图3。
图3 叶轮－转轴有限元模型图2.3 边界条件对于一个旋转的叶轮来说，其受力情况如下：1）接触面间的过盈；2）叶轮轮缘边界上受到的是叶片离心力；3）轴两端边界上的轴向力因轴向应力很小，可以忽略不计。
根据叶轮在离心力作用下的变形图，在叶轮进口一边留有90mm 长度，在出口一边留有120mm 长度作非接触区域，而中间的330mm 作为配合接触区。
位移边界条件：在轴的一端边线约束周向和轴向位移。
载荷条件：取过盈量Δ=0.67mm 计算，转速3 464r/min 分析计算。
2.4 分析计算通过非线性接触分析，计算出了过盈量为0.67mm，转速3 464r/min 时整个模型的应力和位移分布。
检查过盈量是否适当，给出判断松脱的办法[2]：首先，查看轴上各单元的应力，由应力值的符号判断。
接触面应力为负号时，受的是压应力，没有松脱；相反，叶轮与轴脱开。
其次，查看轴和叶轮轴孔接触面上节点的径向位移，如轴的直径缩小，叶轮与轴之间是压紧的，没有松脱；相反则是松脱的。
从图4可以看出，轴的接触面部分径向应力为负值，说明受的是压应力没有松脱。
图4 叶轮过盈接触处径向应力分布图图5 显示了接触面上接触状态，图6 显示了接触面的接触应力的大小。
从图中可以看出：红色部分(sticking)为黏着区，此区间内的接触应力最大，叶轮和轴盘内孔牢牢地相互绑缚在一起，没有沿轴向滑动的趋势。
黄色部分(sliding)为滑动区，这个区间内的接触压力要小于黏着区，叶轮和轴盘之间存在相互滑动的趋势。
棕色部分(near contact)为接近接触区，此处的接触压力最小，相互滑动的趋势最大。
从图中可以看出大部分是在黏着区，说明没有沿轴向滑动的趋势。
图5 接触状态图图6 接触应力图图6 为过盈连接处接触应力分布图。
由这些接触应力的平均值乘以孔轴的接触面积、摩擦系数及轴颈半径即可得到可以承受的扭矩[3]。
其中：T1为轴所受的扭矩，kN·m；P为轴传递的功率，kW；n为轴的转速，r/min。
取叶轮最大做功为5 217kW，得T1=14kN·m在计算摩擦接触力分析时，接触力为每个接触单元的接触应力与单元面积的乘积之和，当叶轮在过盈量为0.67mm 时，在接触区域总的接触合力为FX=1.75×107N 摩擦系数取0.15，它能传递的力矩T2＝FX×0.15×0.203＝534kN·m由于T2＞T1，说明0.67mm 的过盈所能传递的扭矩可以达到叶轮所需要的扭矩。
2.5 结论从非线性接触分析结果可以看出过盈量为0.67mm 时，转速3 464r/min 时，接触状态大部分处于红色黏着区域，说明叶轮与轴之间没有松脱，且计算得出叶轮所能传递的扭矩可以达到叶轮所需要的扭矩。
3 过盈量对最大Von Mises 应力、接触压力和转矩的影响在跳闸转速下，对叶轮—转轴施加不同的过盈量，进行非线性有限元分析计算。
绘出过盈量和最大Von Mises应力图，见图7；过盈量和接触压力关系图，见图8；过盈量和所能传递的转矩关系图，见图9。
图7 过盈量和最大Von Mises应力关系图从图7的过盈量和最大Von Mises应力的关系可以看出随着过盈的增大最大Von Mises应力变小。
这说明当叶轮运转后，由于离心力载荷引起的拉应力会抵消掉一部分的残余压应力，过盈量越小，残余压应力越小，最大Von Mises应力也随着增加。
当没有接触过盈时，叶轮所受的外载荷就是离心载荷，最大应力Von Mise 为495MPa，见图1。
图8 最小过盈量和接触压力关系图图9 最小过盈量和所能传递的转矩关系图从图8 和图9 中可以看出随着过盈量的减小，接触压力和摩擦力所提供的扭矩也逐渐减小。
若过盈量减小一定程度时，接触应力将下降到很小的数值，使得转轴和叶轮间的摩擦力不能提供叶轮旋转所需要的扭矩，此时叶轮出现松动。
4 结论本文采用ANSYS 有限元模拟技术分析了转轴—叶轮过盈配合时的接触应力分布和接触状态。
根据分析结果，提出以下参考性结论：1）利用非线性接触有限元分析方法，能比较准确反映叶轮—轴零件的实际结构，结果更加符合实际和可靠。
该方法可以确定一定过盈量的孔轴表面的接触应力，并确定所能传递的扭矩。
2）通过线性和非线性接触计算分析结果对比，不考虑非线性接触时，只考虑叶轮在离心载荷下的径向变形，过盈量大于0.46mm 就认为完全接触上，实际上考虑接触非线性，在过盈量为0.46mm时，已经有近220mm的长度没有接触上，所以不考虑非线性过盈接触，利用在离心力载荷下的轴孔的径向变形来考虑过盈量有一定的局限性。
3）对于过盈量，考虑到过盈的接触状态需要考虑多方面因素影响，如叶轮的转速，轴孔的大小，接触的面积，功率等，由于转速较低以及轴孔较大，取0.5～0.7mm，经计算过盈量为合理值。
参考文献[1]王勖成.有限单元法[M].北京：清华大学出版社，2003.[2]周传月，李宏伟，王旭.离心压缩机过盈配合叶轮结构应力分析[J].风机技术，1998（3）：8-10.[3]陈道礼.过盈连接的有限元分析[J].机械设计，2001(2)：46-48.[4]濮良贵，纪名刚.机械设计[M].第六版.北京：高等教育出版社，1996.。
