空氣壓縮機是一種重要的能量轉(zhuǎn)換裝置，作為能源、化工行業(yè)以及國防軍事領(lǐng)域的“心臟設(shè)備”，在國民經(jīng)濟發(fā)展中占有非常重要的地位。隨著現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)對空氣壓縮機需求趨向于高轉(zhuǎn)速、大流量、高壓差等性能，空氣壓縮機的大型化已經(jīng)成為了必然的趨勢。大型離心壓縮機是一種制造技術(shù)難度大，科技含量高的機械產(chǎn)品，其性能的優(yōu)劣是評價一個國家裝備制造水平的重要標(biāo)志。

葉輪是空氣壓縮機的核心部件，從空氣壓縮機的工作原理來看，高速旋轉(zhuǎn)的葉輪對氣體做功以提高氣體的流動速度，將機械能轉(zhuǎn)化為氣體的動能；同時，葉輪也是壓縮機中的主要承力結(jié)構(gòu)，尤其是在大型空氣壓縮機，高速運轉(zhuǎn)中的葉輪的動力環(huán)境非常復(fù)雜，基本的力學(xué)載荷為離心力和穩(wěn)定氣流的反作用力，除此之外葉輪還承受尾跡干涉、蝸殼內(nèi)氣流反彈等多種非穩(wěn)定氣體載荷的共同作用。因此，葉輪作為空氣壓縮機的核心部件，其剛度、強度和疲勞性能的優(yōu)化設(shè)計和試驗評價技術(shù)是提高空氣壓縮機性能的關(guān)鍵問題。

空氣壓縮機失效故障事故的調(diào)查研究中發(fā)現(xiàn)，葉輪的疲勞斷裂是葉輪最主要的破壞形式，并已經(jīng)成為影響空氣壓縮機性能及可靠性的關(guān)鍵因素之一。一旦葉輪發(fā)生疲勞斷裂，空氣壓縮機無法正常工作，將會造成巨大的經(jīng)濟損失。因此，越來越多的研究人員開始關(guān)注葉輪疲勞性能的研究上，促進了關(guān)于葉輪載荷形式以及疲勞壽命預(yù)測等相關(guān)理論研究的不斷開展。大量理論研究表明：在空氣壓縮機使用壽命期限內(nèi)，葉輪主要載荷形式包括壓縮機在頻繁的啟停操作和小流量工況下所發(fā)生的旋轉(zhuǎn)失速和喘振、轉(zhuǎn)子的振動、壓縮機阻塞、前導(dǎo)葉氣流尾跡激振等。在這些復(fù)雜、變化的載荷形式作用下極易導(dǎo)致葉輪的疲勞斷裂，尤其是在空氣壓縮機頻繁啟停、轉(zhuǎn)速失穩(wěn)等現(xiàn)象發(fā)生時，葉輪會發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速故障。旋轉(zhuǎn)速度的突變會導(dǎo)致氣流產(chǎn)生非對稱和非定常脈動，產(chǎn)生額外的附加變載荷，造成葉輪高應(yīng)力點處發(fā)生疲勞斷裂問題。在破損葉輪的觀察中，人們發(fā)現(xiàn)疲勞裂紋往往萌生于結(jié)構(gòu)的外表面，然后在交變應(yīng)力的作用下擴展。因此，輪蓋的外緣是整個葉輪結(jié)構(gòu)中最薄弱環(huán)節(jié)，因此葉輪應(yīng)力狀態(tài)和變化規(guī)律(包括靜應(yīng)力和動應(yīng)力)應(yīng)主要考慮輪蓋外緣處?？傮w來講，葉輪的失效主要發(fā)生在葉輪的輪蓋外緣處，引起其疲勞的載荷形式是靜應(yīng)力與動應(yīng)力組合的方式，在頻繁啟停、轉(zhuǎn)速失穩(wěn)時葉輪發(fā)生疲勞斷裂的機率非常大。

葉輪疲勞性能的提升對大型離心壓縮機的性能有非常重要意義，工作過程中的葉輪一旦發(fā)生疲勞斷裂，造成的經(jīng)濟損失是不可估量的，如何將葉輪疲勞失效問題在葉輪的設(shè)計階段解決是研究人員面臨的核心挑戰(zhàn)。同時，隨著機械零件的再制造技術(shù)的發(fā)展，對失效葉輪的再制造技術(shù)也受到了廣大學(xué)者的關(guān)注，但再制造完成的葉輪性能，尤其是疲勞性能的檢測仍然是現(xiàn)代測試技術(shù)上的問題。對葉輪的疲勞性能進行檢測、評價和再設(shè)計對提升空氣壓縮機的整體性能、降低經(jīng)濟損失具有非常重要的意義。

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