烟机叶轮的计算模型研究与强度分析.pdf

北京石油化工学院学报 第 21卷 第 1期 Vo1．21 NO．1 JournalofBeijingInstituteof 2013年 3月 M ar．2012 Petro—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 (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 (C3D