某进口PTA_RPF循环鼓风机叶轮故障分析.pdf

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1、化工机械2012年某进口PTA—RPF循环鼓风机叶轮故障分析+黄文俊”于跃平朱晓农陈启明胡四兵钱勇(合肥通用机械研究院压缩机技术国家重点实验室)摘要采用三雄有限元方法对莱厂进口PTA—RPF循环鼓风机叶轮故障进行计算。着重分析了整个叶轮的应力分布和变形。蛄果表明．叶轮故障的主要原因是轮盖外缘加强圈问断焊缝长度较小引起的。关键词离心式鼓风机叶轮有限元中田分类号TQ051．2l文献标识码^文章编号0254．6094(2012)01—0066．03PTA是一个资金密集、技术密集的产业。自20世纪70年代末我国开始发展聚酯工业以来，陆续建成三十多套”A装置，基本上都是引进国外专利技术。

2、随着市场发展与工艺技术进步．采用节能降耗工艺系统以及主要设备国产化是降低跗A投资成本、提高竞争力的关键。RPF系统是显著降低胛A装置能耗的先进工艺，鼓风机又是实现该系统循环的关键设备。某厂600k∥a阿A装置共3台RPF鼓风机，为国外某品牌风机，该厂在投产3个月后即发现叶轮出现裂纹，该厂委托合肥通用机械研究院进行诊断并改造叶轮。鼓风机叶轮通常是由轮盘、轮盖和叶片组成。显然这种结构的应力分布是不可能得到精确的分析解的。过去叶轮强度计算多采用二次计算法和简化为轴对称的二维有限元计算法，前者做了相当大的简化假定，使得计算结果不能充分反映实际的应力情况”。。；后者将三维问题简化为轴对称

3、的二维问题进行计算，最大的缺点是求不出圆周方向的应力变化情况，也求不出叶片的应力分布‘4。“。笔者通过对RFP循环鼓风机叶轮采用三维有限元方法来计算整个叶轮的应力分布，探索叶轮损坏原因，提出改进措施，以满足叶轮在强度方面的要求，使其安全运行。1有限元模型的建立1．1工程背景甲厂和乙厂600kt／a”A项目用RPF循环鼓风机均为国外某制造商提供的设备。甲厂投产3个月后发现叶轮出现裂纹(图la)，乙厂某台投运不到24h即出现叶轮严重损坏事故(图1b)。该叶a甲厂图l叶轮损坏现场照片·国家科技支撑计划(2008BAF34812)。¨黄文俊．男。1981年8月生，工程师。安徽省合肥市，

4、23003l。第39卷第l期化工机械67轮在轮盖外缘处设置一加强圈以增强叶轮的刚性。从甲、乙两厂叶轮损坏情况来看，均是在加强圈的间断焊接处出现裂纹，裂纹扩展到一定程度即出现局部掉块，引起机组振动增大，或是由于掉块在机壳内高速旋转打坏叶轮。笔者针对叶轮出现的故障情况进行模拟分析，以期找到损坏的原因。叶轮材料为不锈钢，其主要几何尺寸为：叶轮进／出口直径289／1124mm叶片进／出口轴向宽度56／56mm叶片数12个叶轮铰制螺栓孔节圆260mm工作转速2980r／min1．2几何模型及网格使用有限元计算时，前处理(几何模型及网格划分)是一切工作的前提，其建立模型的好坏直接影响到后面

5、计算结果的准确性。因此在建立叶轮实体模型时，不做任何简化．圆角和倒角均按加工图尺寸建立模型。划分网格时在后盘和轴盘结合处、叶片进出口圆角及其他圆角和倒角处进行网格细化。以期最大程度地反映应力分布和应力集中真实状况。叶轮网格模型如图2所示，计算单元全部采用空间四面体单元，共33495个单元，63303个节点。图2叶轮网格模型1．3边界条件及载荷叶轮是通过铰制螺栓与轴盘联接在一起的。在计算时将铰制螺栓孔作为固结来处理；由于气动力较小，相对叶轮的离心力来说小得多，对叶轮强度影响可以忽略，因此整个叶轮只考虑离心力的影响，离心力通过施加转速来实现。2结果分析通过计算可以得到整个叶轮应力的

6、具体分布情况和最大应力的实际位置。现有的有限元软件可分别以云图、等值线图、等值线面图及列表等形式将结果显示出来。从云图和等值面图上可直接查出最大应力所处的位置，而从列表中则可得到最大应力的具体坐标位置。笔者将采用第四强度理论VonMises应力对叶轮的应力分布情况进行详细的分析。2．1轮盖加强圈满焊时叶轮应力分析该叶轮的特点是在轮盖外缘处有一道加强圈，本计算考虑该加强圈与轮盖圆周整圈满焊，此时可处理为与轮盖固结，从工作转速下其应力云图(图3)可看出最大应力在铰制螺栓孔处，等效VonMises应力为2lOMPa。与该不锈钢材料的最低屈服强度非常接近，但加强圈处的应力水平较低，远低

7、于材料的屈服强度，无法判断加强圈处为何会产生裂纹。图420mm间断焊缝时的应力化工机械2012年侧为369．7MPa，已超出材料的强度极限。模拟了不同的间断焊缝长度时加强圈的应力水平，图5为间断焊缝70mm长度时的等效应力云图，最大值为172．OMPa，低于材料的屈服强度。图6为不同间断焊长度下加强圈的最大等效应力。可以看出在间断焊长度达到70mm时，加强圈的最大应力小于材料的屈服强度。暑R倒K谢。圉570mm间断焊缝时的应力图6最大应力与同断焊长度的关系曲线3叶轮故障分析通过有限元模拟计算