大型压缩机属于重大装备机械,广泛应用于冶金、化工、电力等国家经济支柱产业及国防军工领域,是衡量着一个国家工业发展水平的标志性设备之一。压缩机转子由主轴和叶轮两部分组成,是保证压缩机组稳定运行的关键部件。目前制约我国再制造发展的核心问题是再制造基础研究不足,必须解决再制造对象的疲劳失效机理、寿命演变规律和寿命预测等专属问题才能高质量的实现再制造。本课题以高附加值的转子为研究对象,系统研究转子主轴和叶轮的疲劳失效机理,建立再制造寿命预测模型,对丰富转子疲劳基础研究和推动再制造产业的工业化发展具有重大意义。转子在服役过程中的疲劳损伤机理与寿命演变规律的研究是转子再制造的前提和基础。由于转子尺寸的限制和工况的复杂,使得常规试验方法很难准确的对实际工况下转子内部应变变化进行量化,从而分析研究其疲劳失效机理和寿命演变规律。本文利用有限元法,对转子的几何形状,边界条件、载荷条件进行合理简化,通过精确建模和网格划分技术对转子主轴和叶轮进行分析。分析了滚动接触下主轴内部的应力应变分布状态,确定了主轴的疲劳损伤机理;分析了特征载荷(离心力载荷、气流载荷、振动载荷等)非正常协同作用对叶轮疲劳损伤和寿命演变规律的影响,同时也对工艺载荷和极端工况载荷对转子寿命的影响进行了探讨和研究,这些研究为叶轮再制造提供了理论基础。以主轴的接触疲劳失效为主轴再制造主要研究方向,基于等离子喷涂技术的高效性和低成本性,采用超音速等离子喷涂技术为转子中主轴的关键再制造技术,通过正交法确定最优工艺参数,利用超音速等离子喷涂得到质量较好的主轴再制造涂层,利用课题组内的新型滚滑接触疲劳试验机得到了模拟工况下疲劳损伤试样形貌,利用SEM对不同失效形貌进行表征,以大样本统计方法对涂层的失效模式进行分类,系统研究不同接触应力水平下的涂层接触疲劳失效机理,通过P-S-N曲线建立了主轴再制造的接触疲劳寿命模型。针对叶轮复杂的尺寸和结构特点,对叶轮的危险结构部位进行力学和结构的相似简化处理,确定出能够代表叶轮危险结构的试件形式与尺寸,基于试件尺寸和形式研制和搭建了能够模拟叶轮实际工况条件的综合试验平台。研究了叶轮构件的疲劳失效机理并建立了叶轮构件的寿命预测模型。基于综合试验平台和叶轮材料试样,对模拟工况下的叶轮构件失效形式和机理进行分类和表征,并对预测叶轮构件疲劳极限的Soderberg曲线进行了修正和试验验证。以多轴疲劳模型为理论基础,对多轴疲劳寿命预测的经验和半经验公式方法:基于最大主应变的多轴等效应变疲劳寿命预测方法、基于等效应变的多轴等效应变疲劳寿命预测方法和基于最大剪切应变多轴等效应变疲劳寿命预测方法等方法进行了对比分析,建立起基于Von Mises屈服理论的叶轮构件的多轴等效应变疲劳寿命预测模型。研究了叶轮再制造构件的疲劳失效机理并建立了叶轮再制造构件的寿命预测模型。以叶轮疲劳失效为叶轮再制造的主要研究方向,以激光熔覆技术作为叶轮再制造的关键技术对叶轮进行修复,通过参数优化确定最优激光熔覆工艺,基于综合试验平台和再制造叶轮构件,对模拟工况下的再制造叶轮构件失效性形式和机理进行了分类和表征,并对修正的Soderberg曲线预测再制造叶轮构件疲劳极限准确性进行了验证。以修正的基于Von Mises等效应变屈服理论的叶轮多轴疲劳寿命预测模型为基础,引入再制造特征修正参数,得到了二次修正后Von Mises屈服理论的多轴等效应变疲劳寿命预测方法,获得了再制造叶轮构件的寿命预测模型。利用与新品叶轮相同的台架考核标准对激光再制造叶轮进行了强度考核,经传统无损检测方法和工业CT对考核后的叶轮进行检测和表征,未发现叶轮表面和内部有宏观和微观缺陷,再制造特征叶轮强度满足装机要求。