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煙氣輪機(簡稱煙機)是石油工業中最重要的能量回收透平機械，其工作介質為流化催化裂化裝置(FCCU，簡稱催化裂化裝置)內催化劑再生燒焦過程中產生的具有一定壓力的高溫廢煙氣。介質通過葉輪時膨脹做功，煙機將煙氣的一部分內能與動能轉化為機械能輸出，達到回收利用余能的目的。
葉輪是煙機中最重要的零件，對煙機效率和使用壽命有直接影響，所以需要對其進行詳細的強度分析。在催化裂化裝置的各類停機故障中，由于煙機故障，尤其是葉片斷裂而導致機組停機占很大比例，煙機的平穩運行直接關系到整個裝置的安全穩定運行。葉輪的破壞主要有兩方面原因：煙氣對葉片的沖蝕和葉片的疲勞破壞。煙氣的沖蝕主要與煙氣中催化劑的濃度和粒度有關，而疲勞破壞則與葉片的受力和振動頻率有關。
葉片尺寸、溫度及葉片根部固定情況等因素對葉片的振動頻率起決定作用。設計過程中準確計算和預測葉片的動靜強度，使應力和模態有一定隔離裕度是煙機設計的關鍵。借助于有限元分析軟件ABAQUS對某型號煙機葉輪進行仿真模擬，研究和分析強度計算的三維有限元模型和計算結果。
以某型號煙機為研究對象，一級葉片數為66，其葉輪及轉子模型如圖所示。葉輪三維有限元模型為輪盤圓周方向的1/66，即對其中1個葉片及相應的輪盤進行建模和計算分析，計算模型的實體如圖所示。將葉片及相應輪盤的三維實體模型導入專用網格生成器進行網格劃分，由于運轉過程中葉片僅承受離心和氣動載荷，故葉身部分采用四面體網格。在煙機轉動過程中，葉根表面與輪盤樺槽間接觸產生非線性接觸應力，故葉根和樺槽采用結構化六面體網格，葉身和葉根之間通過貼合約束的方式來處理，有限元模型的網格如圖所示，網格數如表所示。
葉輪額定轉速為3000r/min的載荷條件下，葉根和樺槽接觸，共有6個接觸對，接觸對所對應的面單元如圖所示，接觸面的摩擦系數均取0.2，接觸的計算物理模型采用拉格朗日方法，葉輪強度數值計算包括考慮接觸效應的靜強度計算和模態分析。
專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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