发明内容
有鉴于此,本申请提供了一种压缩机段间隔板的分析方法、装置及设备,主要目的在于解决目前对于隔板的力学分析,没有有效的分析手段,会导致设计的隔板不能满足实际当中更精细化的作业要求,容易发生破坏问题。
依据本申请一个方面,提供了一种压缩机段间隔板的分析方法,该方法包括:
获取在横截面的隔板处的压力差;
根据横截面图纸信息确定所述隔板对应的初步隔板尺寸;
按照所述压力差和所述初步隔板尺寸,分析所述隔板的应力信息和变形信息;
调用有限元分析模块依据所述应力信息和变形信息,分析所述初步隔板尺寸对应的偏移量;
依据所述偏移量确定所述初步隔板尺寸的设计是否合格。
依据本申请另一个方面,提供了一种压缩机段间隔板的分析装置,该装置包括:
获取模块,用于获取在横截面的隔板处的压力差;
确定模块,用于根据横截面图纸信息确定所述隔板对应的初步隔板尺寸;
分析模块,用于按照所述压力差和所述初步隔板尺寸,分析所述隔板的应力信息和变形信息;
所述分析模块,还用于调用有限元分析模块依据所述应力信息和变形信息,分析所述初步隔板尺寸对应的偏移量;
所述确定模块,还用于依据所述偏移量确定所述初步隔板尺寸的设计是否合格。
依据本申请又一个方面,提供了一种存储设备,其上存储有计算机程序,所述程序被处理器执行时实现上述压缩机段间隔板的分析方法。
依据本申请再一个方面,提供了一种压缩机段间隔板分析的实体设备,包括存储设备、处理器及存储在存储设备上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序时实现上述压缩机段间隔板的分析方法。
借由上述技术方案,本申请提供的一种压缩机段间隔板的分析方法、装置及设备,与现有技术相比,本申请在根据横截面图纸信息确定隔板对应的初步隔板尺寸后,按照在横截面的隔板处的压力差和初步隔板尺寸,精确分析出隔板的应力信息和变形信息,后续可调用有限元分析模块依据该应力信息和变形信息分析偏移量,进而确定初步隔板尺寸的设计是否合格,从而保证设计的隔板能够满足实际当中更精细化的作业要求,减少发生隔板被破坏的可能性。
上述说明仅是本申请技术方案的概述,为了能够更清楚了解本申请的技术手段,而可依照说明书的内容予以实施,并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂,以下特举本申请的具体实施方式。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例,然而应当理解,可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反,提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开,并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
为了解决目前对于隔板的力学分析,没有有效的分析手段,会导致设计的隔板不能满足实际当中更精细化的作业要求,容易发生破坏问题。本实施例提供了一种压缩机段间隔板的分析方法,如图1所示,该方法包括:
101、获取在横截面的隔板处的压力差。
其中,压力差是作用在隔板上的主要力,它的正确评估影响着整个隔板的设计。
对于本实施例的执行主体可以为用于压缩机段间隔板分析的装置或设备,辅助进行压缩机段间隔板力学分析计算。具体可利用理论方法对隔板与内机壳受力及变形分析计算进行研究。对多台压缩机隔板的变形与应力进行综合,发现其变化规律,并对理论的隔板应力与变形进行修正,编制其理论计算公式。
102、根据横截面图纸信息确定隔板对应的初步隔板尺寸。
在本实施例中,可利用预先编辑的横截面图纸信息,确定得到隔板对应的初步隔板尺寸。该初步隔板尺寸是否设计合格,可执行步骤103至105所示过程。
103、按照获取到的压力差和确定的初步隔板尺寸,分析隔板的应力信息和变形信息。
104、调用有限元分析模块依据应力信息和变形信息,分析初步隔板尺寸对应的偏移量。
105、依据分析到的偏移量确定初步隔板尺寸的设计是否合格。
即该初步隔板尺寸的隔板在该压力差下,能否使压力和变形达到更合理的范围,如果不能,则认为该尺寸设计不合格;如果能够使压力和变形达到更合理的范围,则说明该尺寸设计合格。
例如,在偏移量小于一定阈值时可确定初步隔板尺寸的设计合格,后续可按照该尺寸生产隔板;而在偏移量大于一定阈值时,可确定初步隔板尺寸的设计不合格,需要对隔板的尺寸进行几何优化,直至重新分析得到的偏移量小于该阈值。
本实施例根据隔板的类型确定最易发生破坏的段间隔板,确定隔板的分析方法、评价准则。用传统的弹性力学理论对隔板进行刚度与强度分析,保证了隔板分析的准确性。与目前现有技术相比,对于隔板的力学分析,给出了有效的分析手段,可准确评估隔板尺寸以及隔板和叶轮之间间隙,使得设计的隔板能够满足实际当中更精细化的作业要求,不易发生破坏。
进一步的,作为本实施例的扩展和细化,下面具体说明步骤105中的实现过程,作为一种可选方式,该步骤具体可包括:若偏移量不满足预设可接受标准条件(如偏移量大于一定阈值等),则对初步隔板尺寸进行优化处理;按照优化处理后得到的隔板尺寸和压力差,重新分析隔板的应力信息和变形信息;然后调用有限元分析模块依据重新分析得到的应力信息和变形信息,分析优化处理后得到的隔板尺寸对应的偏移量;若重新分析得到的偏移量满足预设可接受标准条件(如偏移量小于一定阈值等),则确定优化处理后得到的隔板尺寸设计合格;若重新分析得到的偏移量不满足预设可接受标准条件,则进一步对优化处理后得到的隔板尺寸进行优化处理,并重复上述分析过程,直至最终分析得到的目标隔板尺寸对应的目标偏移量满足预设可接受标准条件,以便确定目标隔板尺寸的设计合格。
例如,如图2所示,首先确定在横截面的隔板尺寸处的压力差,根据横截面图纸确定隔板尺寸,然后根据横截面图纸理论分析确定偏移量,具体可进行有限元分析,通过偏移量确定是否满足可接受标准,如果不能满足可接受标准,就进行几何优化,优化横截面隔板尺寸,然后优化后根据横截面图纸理论重新分析确定偏移量,通过这种循环优化方案,直至最终的偏移量满足可接受标准,进而出详细的隔板。通过这种方式可设计出能够满足实际当中更精细化作业要求的隔板。
作为一种可选方式,步骤101具体可包括:获取在扩压器出口处的第一静压力,以及在正轮出口的第二静压力;计算所述第一静压力和所述第二静压力的差值,得到所述压力差。
例如,如图3所示,压力差ΔP=P4n+1-P2n,其中,P4n+1:在扩压器出口处的静压力,P2n:在正轮出口的静压力。
对于隔板的应力信息分析过程,针对半圆隔板的止口,止口靠近高压差侧厚度L隔板,在与隔板轴线成θ角度的截面上,在隔板止口处所受轴力N和弯矩Mf对应的正应力为σA,弯曲剪应力为τmax;作为一种可选方式,按照压力差和初步隔板尺寸分析隔板的应力信息,具体可包括:利用第一预设公式σA=σf+σN计算σA,其中,σf为弯曲应力,σN为轴向应力,h代表支撑板伸出端高度,qmax为隔板的半圆周上机壳的反作用压力最大值,/> 为机壳的反作用压力的平均值,/>Rm为隔板旋转在圆周上的平均半径,P为作用在半圆隔板上的负荷,/>R为隔板外半径,r为靠近轴的内半径,△P为流经隔板的所述压力差;
利用第二预设公式计算τmax;
通过第三预设公式评定隔板止口处的应力强度σeqv,其中,σeqv<[σ],取/>σs为隔板材料常温下的屈服强度。
例如,根据隔板的材料以及其失效形式认为隔板的止口处的强度破坏应用第四强度理论校核。如图4所示,为采用理论分析对隔板进行计算的结构尺寸选取示意图,进行计算时,假设机壳及其止口是永久刚体,而隔板的半圆支承环是弹性体。针对半圆隔板的止口,止口靠近高压差侧厚度(Lmm)隔板,在与隔板轴线成θ的截面上,在A点所受轴力N和弯矩Mf对应的正应力为σA,弯曲剪应力为τmax。A点正应力为:σA=σf+σN。
进一步的,内机壳支撑板与隔板止口处是摩擦接触,在变形小于预设阈值时,忽略接触位置的刚度对隔板的变形影响,在隔板上产生的反作用力完全作用在与支撑板接触的面上,接触面上的平均应力则为σ,其中,k为接触系数,若完全接触则为1。
例如,对于接触应力校核,内机壳支撑板与隔板止口处是摩擦接触,假设在变形为1mm之内,接触位置的刚度对隔板的变形影响可以忽略,那么在隔板上产生的反作用力完全作用在与支撑板接触的面上,那么接触面上的平均应力则为σ。
关于支撑体强度计算,考虑支撑板处止口伸出端的强度,此处是弯曲变形与压缩的组合变形。
分析隔板应力信息的步骤具体还可包括:通过第四预设公式评定隔板对应支撑体的应力强度σb-eqv;其中,/>剪应力/>支撑体止口处的正应力σB=σb-f+σb-t,弯曲应力hb为支撑板伸出端高度,hb=Rc-rc,如图5所示,S代表支撑板止口伸出宽度,轴向应力/>
例如,如图5所示,B点正应力为:σB=σb-f+σb-t。
进一步的,为了说明分析隔板变形信息的过程,以实心隔板变形分析为例,作为一种可选方式,该过程具体可包括:利用第五预设公式δ=yK1K2确定所述隔板的变形量δ;
其中,y代表隔板的挠度,Ra为内机壳的直径,R为隔板的外径;
在时,K2=1.05~1.1;在/>时,K2=1.2,T1为内机壳厚度,T2为支撑板厚度。
由应力与应变的理论我们可知:一定厚度的半环形平板在整个压力载荷的完全作用在表面下的其应力与变形如图6至图8所示。
在B点:
应力
上式中,q代表均布载荷,c代表平板宽度的一半,b代表平板的内径,t代表环形平板厚度。
最大应力发生在与竖直方向呈60°角的内边界上;
在A点:
挠度
上式中,E代表弹性模量。
最大位置发生在处:
上式中,G代表剪变模量,v代表泊松比。
K根据公式(b-c)/(b+c)的值选取的值
(b-c)/(b+c) |
0.4 |
0.5 |
0.6 |
0.7 |
0.8 |
0.9 |
1.0 |
K |
1.58 |
1.44 |
1.32 |
1.22 |
1.13 |
1.06 |
1.0 |
由于隔板的结构与理论的半环形平板有一些差异,因此我们在研究隔板的变形需要对理论的变形进行修正。将隔板的变形修正为:
δ=yK1K2
修正系数K1与K2的确定:
1)K1的确定:
由于隔板与内机壳的支撑板接触,支撑板的柔性作用使隔板的变形加大,若不考虑支撑板的挠度,把支撑板作为刚性体,把理论计算的变形当做实际隔板的最大变形,这样计算出的值偏小,其结果是不合理的也是不保守的。因此首先要考虑支撑板的支撑作用对隔板变形的影响。
对于变形较小情况,支撑板与隔板接触的设置即绑定设置与摩擦设置对变形的影响不大,因此判断此处的接触刚度的对变形影响很小,因此假设是支撑板与隔板为一体,变形按线性变化处理,因此给出K1系数为
上式中,Ra:为内机壳的直径;R:为隔板的外径。
2)K2的确定:
隔板在高压差下轴向变形,若内机壳厚度相对隔板&支撑板很薄,那么内机壳就会在隔板&支撑板的压力作用下变形。可以判定对于接触的摩擦和绑定设置的,其轴向变形影响很小,因此可以近似认为隔板变形为线性的。由于理论分析是基于内机壳为刚体的计算结果,实际上,若假设机壳受压时,机壳的变形作用使隔板的变形加大,因此不考虑机壳的刚度是不保守的。因此分析时把内机壳外壁做柱面支撑,内机壳在轴向上不能移动,即模拟隔板理论变形与实际变形的差别,对比约束内机壳外壁与不约束之间的结果。由分析结果可知不约束内机壳柱面(实际状态)的变形为约束柱面(理想状态)的变形的1.18倍。
经过多个隔板有限元数值模拟分析得出:内机壳厚度T1相对支撑板厚度T2越小,隔板变形越大;反之,相对值越大,变形越小。因此从内机壳厚度T1与支撑板厚度T2的相对比值来确定内机壳的厚度对变形的影响。给出一个K2的系数,这是一个关于内机壳厚度与隔板厚度的相对情况给出的系数。从分析结果可以看出对于一个给定的隔板,系数K2只与结构有关而与压差无关。研究很多台压缩机段间隔板,确定K2如下式所示:
对于本实施例提供的方法,可准确分析隔板的应力和变形,以评估隔板尺寸以及隔板和叶轮之间的间隙,可使得设计出的隔板满足实际当中更精细化的作业要求,不易发生破坏。
进一步的,作为图1方法的具体实现,本实施例提供了一种压缩机段间隔板的分析装置,如图9所示,本装置包括:获取模块21、确定模块22、分析模块23。
获取模块21,可用于获取在横截面的隔板处的压力差;
确定模块22,可用于根据横截面图纸信息确定所述隔板对应的初步隔板尺寸;
分析模块23,可用于按照所述压力差和所述初步隔板尺寸,分析所述隔板的应力信息和变形信息;
所述分析模块23,还可用于调用有限元分析模块依据所述应力信息和变形信息,分析所述初步隔板尺寸对应的偏移量;
所述确定模块22,还可用于依据所述偏移量确定所述初步隔板尺寸的设计是否合格。
在具体的应用场景中,所述确定模块22,具体用于若所述偏移量不满足预设可接受标准条件,则对所述初步隔板尺寸进行优化处理;按照优化处理后得到的隔板尺寸和所述压力差,重新分析所述隔板的应力信息和变形信息;调用有限元分析模块依据重新分析得到的应力信息和变形信息,分析所述优化处理后得到的隔板尺寸对应的偏移量;若重新分析得到的偏移量满足预设可接受标准条件,则确定所述优化处理后得到的隔板尺寸设计合格;若重新分析得到的偏移量不满足预设可接受标准条件,则进一步对所述优化处理后得到的隔板尺寸进行优化处理,并重复上述分析过程,直至最终分析得到的目标隔板尺寸对应的目标偏移量满足预设可接受标准条件,以便确定所述目标隔板尺寸的设计合格。
在具体的应用场景中,所述获取模块21,具体用于获取在扩压器出口处的第一静压力,以及在正轮出口的第二静压力;计算所述第一静压力和所述第二静压力的差值,得到所述压力差。
在具体的应用场景中,针对半圆隔板的止口,止口靠近高压差侧厚度L隔板,在与隔板轴线成θ角度的截面上,在隔板止口处所受轴力N和弯矩Mf对应的正应力为σA,弯曲剪应力为τmax;
所述分析模块23,具体用于利用第一预设公式σA=σf+σN计算σA,其中,σf为弯曲应力,σN为轴向应力, h代表支撑板伸出端高度,qmax为隔板的半圆周上机壳的反作用压力最大值,为机壳的反作用压力的平均值,/>Rm为隔板旋转在圆周上的平均半径,P为作用在半圆隔板上的负荷,/>R为隔板外半径,r为靠近轴的内半径,△P为流经隔板的所述压力差;
利用第二预设公式计算τmax;
通过第三预设公式评定隔板止口处的应力强度σeqv,其中,σeqv<[σ],取/>σs为隔板材料常温下的屈服强度。
在具体的应用场景中,内机壳支撑板与隔板止口处是摩擦接触,在变形小于预设阈值时,忽略接触位置的刚度对隔板的变形影响,在隔板上产生的反作用力完全作用在与支撑板接触的面上,接触面上的平均应力则为σ,其中,k为接触系数,若完全接触则为1;
相应的,所述分析模块23,具体还用于通过第四预设公式评定隔板对应支撑体的应力强度σb-eqv;
其中,剪应力/>支撑体止口处的正应力σB=σb-f+σb-t,弯曲应力/>hb为支撑板伸出端高度,S代表支撑板止口伸出宽度,轴向应力/>
在具体的应用场景中,所述分析模块23,具体还用于利用第五预设公式δ=yK1K2确定所述隔板的变形量δ;其中,y代表所述隔板的挠度,Ra为内机壳的直径,R为隔板的外径;
在时,K2=1.05~1.1;在/>时,K2=1.2,T1为内机壳厚度,T2为支撑板厚度。
需要说明的是,本实施例提供的一种压缩机段间隔板的分析装置所涉及各功能单元的其他相应描述,可以参考图1中的对应描述,在此不再赘述。
基于上述如图1所示方法,相应的,本实施例还提供了一种存储设备,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时实现图1中所示的压缩机段间隔板的分析方法。
基于上述如图1所示方法以及如图9所示虚拟装置的实施例,本实施例还提供了一种压缩机段间隔板分析的实体设备,如图10所示,该装置包括:处理器31、存储设备32、及存储在存储设备32上并可在处理器31上运行的计算机程序,所述处理器31执行所述程序时实现图1中所示的压缩机段间隔板的分析方法;该装置还包括:总线33,被配置为耦接处理器31及存储设备32。
通过应用本实施例的技术方案,与现有技术相比,本实施例在根据横截面图纸信息确定隔板对应的初步隔板尺寸后,按照在横截面的隔板处的压力差和初步隔板尺寸,精确分析出隔板的应力信息和变形信息,后续可调用有限元分析模块依据该应力信息和变形信息分析偏移量,进而确定初步隔板尺寸的设计是否合格,从而保证设计的隔板能够满足实际当中更精细化的作业要求,减少发生隔板被破坏的可能性。
通过以上的实施方式的描述,本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可以通过硬件实现,也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解,本申请的技术方案可以以软件产品的形式体现出来,该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM,U盘,移动硬盘等)中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本申请各个实施场景所述的方法。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图,附图中的模块或流程并不一定是实施本申请所必须的。
本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中,也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块,也可以进一步拆分成多个子模块。
上述本申请序号仅仅为了描述,不代表实施场景的优劣。
以上公开的仅为本申请的几个具体实施场景,但是,本申请并非局限于此,任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本申请的保护范围。