烟机叶轮的计算模型研究与强度分析.pdf

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1、北京石油化工学院学报第21卷第1期Vo1．21NO．1JournalofBeijingInstituteof2013年3月Mar．2012Petro—chemicalTechnology烟机叶轮的计算模型研究与强度分析肖云峰，孙涛，唐涛。，吕涛，张志莲(1．北京石油化工学院，北京102617；2．北京化工大学，北京100029；3．成都成发科能动力工程有限公司，四川成都610500)摘要：烟气轮机结构设计的关键是准确计算叶轮强度。采用数值模拟仿真的方法，通过有限元软件ABAQUS计算叶轮强度，计算内容包括叶轮的动静强度。物理模型

2、选取叶轮的1／66，静强度计算结果显示最大应力发生在叶身底部背弧的中心位置，这与实际运行现场发生断裂故障一致，说明进行叶轮的静强度有限元数值计算时在保证网格质量的前提下必须考虑叶根与榫槽接合面之间非线性接触效应，而且接触部位的网格需用六面体网格。动频数值计算时，分别对2种约束形式下的模型进行计算，结果表明固定叶根情况下动频与考虑接触效应动频之间的差异主要体现在一阶模态上。强度分析表明该型号烟机的叶轮强度满足要求，对烟机叶轮的叶型设计具有指导意义。关键词：烟机；叶轮；计算模型；强度分析中图法分类号：TK14文献标志码：A烟气轮机(

3、简称烟机)是石油工业中最重要助于有限元软件ABAQUS对某型号烟机叶轮的能量回收透平机械，其工作介质为流化催化进行仿真模拟，研究和分析强度计算的三维有裂化装置(FCCu，简称催化裂化装置)内催化限元模型和计算结果。剂再生烧焦过程中产生的具有一定压力的高温1几何模型与网格划分废烟气。介质通过叶轮时膨胀做功，烟机将烟气的一部分内能与动能转化为机械能输出，达以某型号烟机为研究对象，一级叶片数为到回收利用余能的目的。叶轮是烟机中最重要66，其叶轮及转子模型如图1所示。叶轮三维的零件，对烟机效率和使用寿命有直接影响[1]。有限元模型为轮盘

4、圆周方向的1／66，即对其中在催化裂化装置的各类停机故障中，由于烟机1个叶片及相应的轮盘进行建模和计算分析，故障，尤其是叶片断裂而导致机组停机占很大计算模型的实体如图2所示。比例，烟机的平稳运行直接关系到整个装置的安全稳定运行]。叶轮的破坏主要有两方面原因：烟气对叶片的冲蚀和叶片的疲劳破坏。烟气的冲蚀主要与烟气中催化剂的浓度和粒度有关，而疲劳破坏则与叶片的受力和振动频率有关。叶片尺寸、温度及叶片根部固定情况等因素对叶片的振动频率起决定作用。设计过程中图1烟机叶轮及转子模型准确计算和预测叶片的动静强度，使应力和模态有一定隔离裕度是

5、烟机设计的关键。笔者借将叶片及相应轮盘的三维实体模型导入专用网格生成器进行网格划分，由于运转过程中收稿日期：2O12-07—06叶片仅承受离心和气动载荷，故叶身部分采用作者简介：肖云峰(1976一)，男，硕士，副教授，E—mail四面体网格(C3D4)单元；在烟机转动过程中，1291809782@qq．COrn。第1期肖云峰等．烟机叶轮的计算模型研究与强度分析15头接触非线性效应和榫槽的周期性效应。烟机结构设计具有重要意义。(2)网格划分时在榫槽和叶根榫头接触的位置需用六面体实体单元，接触部位的网格节参考文献点一一对应，有助于计

6、算收敛和结果准确。通过有限元数值模型计算烟机叶轮强度，Eli杜荣立．烟机静叶片安装角再加工[J]．石油／4&其计算结果表明：工通用机械，2O10(8)：46—47．[2]CarterTJ．CommonFailuresinGasTurbine(1)叶片应力分布从叶根至叶尖逐渐减小，Blades[J~．EngineeringFailureAnalysis，2005，最大应力发生在叶身根部背弧的中心附近，小12(2)：237-247．于许用应力。[3]梁浩骞，王茂廷，赵菊．某型烟机叶片的动频率分(2)叶根榫头和轮盘榫槽的非线性接触应析

7、[J]．化工机械，2010，37(1)：40—42．力结果显示，应力分布均匀，无应力集中现象，I-4]孙涛，吕涛，肖云峰，等．基于ABAQUS的轴流风说明该种榫槽榫头配合结构合理。机叶片强度与模态分析EJ]．北京石油化工学院(3)叶片动频计算结果表明，根部约束的自学报，2O12，2o(2)：56—59．由度越多，相应的频率就越高，差异主要发生在[5]庄茁，由小川，廖剑晖，等．基于ABAQUS的有限1阶上。元分析和应用[M]．北京：清华大学出版社，2009：287—294．(4)从动静强度的角度，该型号烟机叶轮是满足要求的，叶型设

8、计是合理的，对指导该型号AStrengthAnalysisandModelInvestigationoftheFlueGasTurbineBladeXiaoYunfeng，SunTao，TangTao。，LvTao，Zhangzhilian(1．BeijingI