烟机叶轮的计算模型研究与强度分析

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第 2 1卷
第 1期
北京 石油 化工 学 院学 报
J o u r n a l o f Be i j i n g I n s t i t u t e o f
Pe t r o — c he mi c a l Te c hno l o gy
Vo 1 . 2 1 NO . 1
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
计算模 型 的实体 如 图 2所示 。
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
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
1 2 9 1 8 0 9 7 8 2 @q q . C O n。 r
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
叶 片仅 承受 离 心 和气 动 载荷 , 故 叶 身部 分采 用 四面 体 网格 ( C 3 D 4 ) 单元 ; 在 烟机 转 动 过 程 中 ,
M a r . 2 01 2
2 0 1 3年 3月
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 1 0 2 6 1 7 ;2 .北 京 化 工 大学 , 北京 1 0 0 0 2 9 ; 3 .成 都 成 发 科 能 动 力 工 程 有 限公 司 ,四川 成 都 6 1 0 5 0 0 )
素对 叶片 的振动 频率起 决定 作用 。设计 过程 中 准 确计 算 和 预测 叶 片 的动 静强 度 , 使 应力 和 模
图1 烟 机 叶 轮 及 转 子 模 型
态 有一定 隔离 裕度是 烟机 设计 的关键 。笔 者借
收 稿 日期 : 2 O 1 2 - 0 7 — 0 6 作者简介 : 肖云 峰 ( 1 9 7 6 一) ,男 , 硕 士 ,副 教 授 ,E — ma i l
第 1 期
肖云峰 等 .烟机 叶轮 的计 算模 型研 究与强 度分 析 烟 机结构 设计 具有 重要 意义 。 参 考文献
1 5
头接 触非线 性效 应 和榫槽 的周 期性 效应 。
( 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
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 : TK 1 4 文 献标 志码 : A
烟 气轮机 ( 简称 烟机 ) 是石 油工 业 中最 重要
6 6 , 其 叶轮及 转 子模 型如 图 1所 示 。叶轮 三 维 有 限元 模 型为轮 盘 圆周方 向的 1 / 6 6 , 即对其 中
1 个 叶 片及 相 应 的 轮 盘进 行 建 模 和计 算 分 析 ,
的零件 , 对 烟机效 率和使 用 寿命有 直接影 响 [ 1 ] 。 在催 化裂 化装 置 的各类停 机 故 障中 ,由于烟 机 故障, 尤 其 是 叶片 断 裂而 导 致机 组 停机 占很 大 比例 ,烟机 的平稳 运行 直 接关 系到 整个装 置 的
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 到 回Leabharlann Baidu利用余 能 的 目的 。叶轮是烟 机 中最 重要
1 几 何模 型 与 网格 划 分
以某 型号烟 机 为研 究 对 象 , 一 级 叶 片数 为
助于有 限元 软件 AB AQUS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 裂化装 置 ( F C C u, 简 称催 化 裂 化 装 置 ) 内催 化
剂 再生 烧焦 过程 中产生 的具有 一定 压力 的高 温
进行 仿 真模 拟 , 研 究 和分 析强 度 计算 的三维 有 限元模 型 和计算结 果 。

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 AB AQUS计 算 叶 轮 强 度 , 计 算 内容 包 括 叶 轮 的动 静 强 度 。物 理 模 型 选 取 叶 轮 的 1 / 6 6 , 静 强 度
点一 一对 应 , 有 助 于计算 收敛 和结 果准 确 。 通过 有 限元 数值 模 型 计 算 烟 机 叶 轮 强 度 ,
烟机 静 叶片安 装角 再加 工[ J ] . 石 油/ 4 & E l i 杜荣立.
工通用机械 , 2 O 1 0( 8 ): 4 6 — 4 7 .
r t e r T J . Co mmo n Fa i l u r e s i n Ga s Tu r b i n e [ 2 ] Ca
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
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