３２　液压与气动　２０１４年第１翔　
ＤＯＩ：１０．１　１８３２／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－４８５８．２０１４．０１．００８　
基于ＡＮＳＹＳ的透平压缩机转子的结构优化设计　
吴军，张元祥　
（衢州学院机械工程学院，浙江衢州３２４０００）　
摘　要：转子是透平压缩机的核心部件，其设计方案的合理性关乎整机质量。该研究计算了四种设计方　
案的临界转速，并根据临界转速计算要求初步选定了设计方案，同时针对设计方案进一步细化计算模型，应　
用ＡＮＳＹＳ软件对模型进行强度分析，算得转子的应力、应变极值均低于许用值。上述研究结果表明，初步选　
定的设计方案满足工作要求，是一种比较合理的设计方案。　
关键词：转子；临界转速；有限元分析；优化设计　

中图分类号：ＴＨ１３７文献标志码：Ｂ文章编号：１０００－４８５８（２０１４）０１－００３２－０３　

Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｆｏｒ　Ｔｕｒｂｉｎｅ　Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒｓ　Ｒｏｔｏｒ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＡＮＳＹＳ　
ＷＵ　Ｊｕｎ．ＺＨＡＮＧ　Ｙｕａｎ－ｘｉａｎｇ　
（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｑｕｚｈｏｕ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｑｕｚｈｏｕ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ　３２４０００）　
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｒｏｔｏｒ　ｉｓ　ａ　ｃｏｒｅ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｕｒｂｉｎｅ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ．Ｉｔｓ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｆｆｅｃｔｓ　ｔｈｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｃｈｉｎｅ．　
Ｔｈｅ　ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｓｐｅｅｄｓ　ｏｆ　ｆｏｕｒ　ｄｅｓｉｇｎ　ｓｃｈｅｍｅｓ　ａｒｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｓｐｅｅｄｓ，ｔｈｅ　ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ　ｄｅｓｉｇｎ　ｐｌａｎ　
ｉｓ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．Ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｃｈｅｍｅ　ｉｓ　ｒｅｆｉｎｅｄ　ｔｏ　ａｎａｌｙｚｅ　ｉｔｓ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　ｂｙ　ＡＮＳＹＳ　ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅ　ｒｅ—　
ｓｕｉｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｒｏｔｏｒ　ｓｔｒｅｓｓ　ａｎｄ　ｓｔｒａｉｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｘｔｒｅｍｅ　ｖａｌｕｅ　ａｒｅ　ｌｏｗｅｒ　ｔｈａｎ　ｔｈｅ　ａｌｌｏｗａｂｌｅ　ｖａｌｕｅｓ，ＳＯ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｓｃｈｅｍｅ　
ｃａｎ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．　
Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｒｏｔｏｒ，ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｓｐｅｅｄ，ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ，ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｄｅｓｉｇｎ　

引言　
透平压缩机因其流量高、振动小、低噪声等特点，　被广泛应用于冶金、石化、装备制造等领域。其转子是　整机的核心部件，由于制造装配误差及自重影响，转子　将产生周期性变化的离心力。当转子转速达到一定值　时，离心力的变化频率将与转子固有频率相同，此时整　机将产生共振。如长期在此状态下运行，转子将变形　甚至折断，严重威胁设备安全运行＿１　Ｊ。　本研究应用ＡＮＳＹＳ有限元分析软件，针对４种设　计方案计算了转子临界转速，并根据计算要求初定了　设计尺寸。在此基础上，进一步分析了关键零部件在　工作状态下的应力、应变情况，根据分析结果确定最终　设计方案。　１初始计算条件　ＬＴＰ．Ｉ型透平压缩机实际工作转速Ｎ　＝１７０３５　ｒ／ｍｉｎ，计算的轴功率为３０２．７　ｋＷ，其中一级叶轮轴功　率为１６７　ｋＷ。图１为转子计算参数图，其中ｄ　为齿　轮两侧轴径，ｄ为轴承内径，ｄ　为梳齿套轴径，Ａ为轴　
承跨距，三为梳齿套长。转子材料选用优质钢７４２４，其　
弹性模量Ｅ＝２１０　ＧＰａ，泊松比　＝０．３，质量密度Ｐ＝　
７８５０　ｋｇ／ｍ　。　
ｄ　ｄｕ２　，　
－　／／　Ｌ　

一　Ｉ　１一●　—Ｉ　一　
图１转子临界转速计算参数图　
收稿日期：２０１３－０７—１６　
基金项目：衢州市科技局项目（２０１２１０４８）；衢州学院院级基　
金（ＫＺＹ１２０７）　
作者简介：吴军（１９８２一），男，浙江衢州人，实验师，硕士，主　
要从事数字化设计及制造方面的科研和教学工作。