Details

В ходе работы выполнены следующие задачи: построена трехмерная геометрическая модель рабочего колеса центробежного компрессора в программных средствах; проведена верификация численной методики расчета на задаче вращающегося диска с отверстием со свободными краями; подтверждена корректность реализованной постановки с помощью аналитического расчета и решения численной постановки; выполнен расчет статической прочности рабочего колеса при номинальной частоте вращения; условие прочности выполняется с достаточным запасом; проведен модальный анализ сборки «рабочее колесо – вал» с построением диаграммы Кэмпбелла; подтверждено отсутствие резонансных режимов по прямовращающимся формам колебаний в рабочем диапазоне частот; разработана конечно-элементная модель явного динамического расчета с применением упругопластической модели материала Джонсона–Кука и модели математической эрозии; смоделирован процесс откола лопатки и ее ударного взаимодействия с корпусными деталями; установлено, что целостность улитки при рассмотренном сценарии обеспечивается.

The following tasks were completed in the course of this work: a three-dimensional geometric model of the centrifugal compressor impeller was built using dedicated software tools; the numerical methodology was verified against the analytical solution for a rotating disk with a central hole and free boundaries; the correctness of the implemented formulation was confirmed through comparison of analytical and numerical results; a static structural analysis of the impeller at nominal rotational speed was performed; the strength condition is satisfied with a sufficient safety margin; a modal analysis of the impeller-shaft assembly was conducted with Campbell diagram construction; the absence of resonance conditions involving forward-whirl modes throughout the operating speed range was confirmed; an explicit dynamic finite element model was developed incorporating an elastic-plastic Johnson-Cook material model and an element erosion criterion; the blade detachment and subsequent impact against the casing components were simulated; volute integrity under the considered failure scenario was confirmed.