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我国空分设备行业的设计制造能力在近几十年里取得了长足的进展,但与国际先进水平还有一定距离,市场需求大、制造规模小、产品耗能高、运行稳定性低等问题亟需解决。目前迫切需要对大型空分设备的工艺流程进行系统的分析,对关键零部件的工况、所受载荷及其影响因素进行深入的探究,从而建立一个适合分析空分设备关键零部件疲劳寿命的预测方法,为准确预测关键零部件的疲劳寿命方面提供理论支持。论文以某4万级空分压缩机的低压缸和中压缸为研究对象,分析了适合低、中压缸的叶轮和轴的工况及其影响因素,获取了叶轮和轴的载荷时间历程,并编制了相应的载荷谱,完成了不同工况下叶轮和轴的疲劳寿命预测,取得如下研究成果。(1)总结了高周疲劳和低周疲劳的多轴疲劳预测模型,使用文献的试验数据对寿命预测模型的精度进行了比较,30NCD16钢与叶轮的材料FV520B钢的疲劳性能相近,适合使用Crossland模型和Matake模型进行预测；对于轴的材料1050中碳钢,宜使用Brown-Miller模型进行预测。(2)根据压缩机机组的设计运行参数、载荷情况及其影响因素,划定了叶轮的9种和轴的2种运行工况。使用Solidworks三维软件建立了轴和叶轮的三维模型,并利用有限元软件ANSYS的Workbench平台分别对叶轮和轴进行静强度分析,根据应力应变云图确定了零部件的危险点；分别使用流固耦合和瞬态结构方法得出叶轮和轴在不同工况下的载荷时间历程。(3)利用MATLAB软件编程仿真雨流循环计数法,得出叶轮的雨流矩阵和载荷谱。讨论了小幅载荷滤除分别为3%,5%,8%对雨流矩阵的影响,确定小幅载荷滤除标准为3%-5%比较符合叶轮的实际情况。(4)考虑影响疲劳的四个因素：应力集中、尺寸系数、表面状况和平均应力,对叶轮的S-N陷线和多轴疲劳的损伤参量进行了修正；分别使用名义应力法和局部应力应变法对叶轮和轴进行寿命预测；预测结果显示叶轮和轴的寿命均在106以上,属于无限寿命设计。