Детальная информация

Работа посвящена разработке и верификации конечно-элементной модели ротора центробежного компрессора для сжатия природного газа. В состав ротора входят вал, два рабочих колеса и разгрузочный барабан (думмис). Цель исследования – оценка статической прочности ротора при эксплуатационных нагрузках и выбор рационального материала из трёх марок легированной стали. В ходе работы решены следующие задачи: построение трёхмерной твердотельной модели ротора, назначение материалов и граничных условий, анализ сеточной сходимости для каждой детали, проведение прочностного расчёта в ANSYS Mechanical с двухшаговым нагружением (посадка с натягом, центробежные силы, газодинамическое давление, температуры), оценка пластических деформаций и коэффициентов запаса прочности. В результате установлено, что для стали 38ХН3МФА минимальный коэффициент запаса составляет 1,48 на валу и 2,53 на колесе, что удовлетворяет требованиям РТМ (≥1,5). Разработанная методика может применяться при проектировании и верификации прочности роторов центробежных компрессоров на предприятиях компрессоростроения.

The work is devoted to the development and verification of a finite element model of a centrifugal compressor rotor for natural gas compression. The rotor comprises a shaft, two impellers and a balancing piston (dummy piston). The aim is to assess the static strength of the rotor under operational loads and to select the optimal material among three alloyed steel grades. The following tasks were solved: constructing a 3D solid model of the rotor, assigning materials and boundary conditions, performing mesh convergence analysis for each component, conducting strength analysis in ANSYS Mechanical with two-step loading (interference fit, centrifugal forces, gas-dynamic pressure, temperatures), evaluating plastic strains and safety factors. The results show that for steel 38KhN3MFA, the minimum safety factor is 1.48 on the shaft and 2.53 on the impeller, meeting the requirements of RTM (≥1.5). The developed methodology can be applied in the design and strength verification of centrifugal compressor rotors in compressor manufacturing enterprises.