空气压缩机是一种重要的能量转换装置，作为能源、化工行业以及国防军事领域的“心脏设备”，在国民经济发展中占有非常重要的地位。随着现代制造业的发展，工业生产对空气压缩机需求趋向于高转速、大流量、高压差等性能，空气压缩机的大型化已经成为了必然的趋势。大型离心压缩机是一种制造技术难度大，科技含量高的机械产品，其性能的优劣是评价一个国家装备制造水平的重要标志。

叶轮是空气压缩机的核心部件，从空气压缩机的工作原理来看，高速旋转的叶轮对气体做功以提高气体的流动速度，将机械能转化为气体的动能；同时，叶轮也是压缩机中的主要承力结构，尤其是在大型空气压缩机，高速运转中的叶轮的动力环境非常复杂，基本的力学载荷为离心力和稳定气流的反作用力，除此之外叶轮还承受尾迹干涉、蜗壳内气流反弹等多种非稳定气体载荷的共同作用。因此，叶轮作为空气压缩机的核心部件，其刚度、强度和疲劳性能的优化设计和试验评价技术是提高空气压缩机性能的关键问题。

空气压缩机失效故障事故的调查研究中发现，叶轮的疲劳断裂是叶轮最主要的破坏形式，并已经成为影响空气压缩机性能及可靠性的关键因素之一。一旦叶轮发生疲劳断裂，空气压缩机无法正常工作，将会造成巨大的经济损失。因此，越来越多的研究人员开始关注叶轮疲劳性能的研究上，促进了关于叶轮载荷形式以及疲劳寿命预测等相关理论研究的不断开展。大量理论研究表明：在空气压缩机使用寿命期限内，叶轮主要载荷形式包括压缩机在频繁的启停操作和小流量工况下所发生的旋转失速和喘振、转子的振动、压缩机阻塞、前导叶气流尾迹激振等。在这些复杂、变化的载荷形式作用下极易导致叶轮的疲劳断裂，尤其是在空气压缩机频繁启停、转速失稳等现象发生时，叶轮会发生旋转失速故障。旋转速度的突变会导致气流产生非对称和非定常脉动，产生额外的附加变载荷，造成叶轮高应力点处发生疲劳断裂问题。在破损叶轮的观察中，人们发现疲劳裂纹往往萌生于结构的外表面，然后在交变应力的作用下扩展。因此，轮盖的外缘是整个叶轮结构中最薄弱环节，因此叶轮应力状态和变化规律(包括静应力和动应力)应主要考虑轮盖外缘处。总体来讲，叶轮的失效主要发生在叶轮的轮盖外缘处，引起其疲劳的载荷形式是静应力与动应力组合的方式，在频繁启停、转速失稳时叶轮发生疲劳断裂的机率非常大。

叶轮疲劳性能的提升对大型离心压缩机的性能有非常重要意义，工作过程中的叶轮一旦发生疲劳断裂，造成的经济损失是不可估量的，如何将叶轮疲劳失效问题在叶轮的设计阶段解决是研究人员面临的核心挑战。同时，随着机械零件的再制造技术的发展，对失效叶轮的再制造技术也受到了广大学者的关注，但再制造完成的叶轮性能，尤其是疲劳性能的检测仍然是现代测试技术上的问题。对叶轮的疲劳性能进行检测、评价和再设计对提升空气压缩机的整体性能、降低经济损失具有非常重要的意义。

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