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隨著目前循環(huán)流化床發(fā)電機(jī)組的廣泛應(yīng)用，機(jī)組容量越來越大，其配套用離心風(fēng)機(jī)逐步向高壓頭、大流量和高轉(zhuǎn)速方向發(fā)展，大型小比轉(zhuǎn)速雙吸雙支撐離心工業(yè)風(fēng)機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛。由于此類風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高，作為風(fēng)機(jī)核心部件的葉輪在設(shè)計(jì)過程中將會(huì)遇到強(qiáng)度和剛度兩個(gè)方面的考驗(yàn)。利用有限元分析對(duì)葉輪進(jìn)行強(qiáng)度和剛度方面的分析，可以綜合分析評(píng)估葉輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，對(duì)葉輪設(shè)計(jì)具有重要的意義。
國(guó)電小龍?zhí)栋l(fā)電廠2x300MW機(jī)組一次風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)型號(hào)RJ20-DW2770F，葉輪直徑2770mm，為雙吸雙支撐結(jié)構(gòu)，風(fēng)量279288m/h，壓力30200Pa，風(fēng)機(jī)的工作轉(zhuǎn)速1480r/min，配用YKK800-42800kW電機(jī)。風(fēng)機(jī)葉輪葉片采用一段直線加一段圓弧的結(jié)構(gòu)形式，葉片數(shù)為20；葉輪輪蓋為平板輪蓋加鍛件進(jìn)口圈的結(jié)構(gòu)形式；葉輪輪盤采用鍛件輻板加鋸齒中盤的結(jié)構(gòu)形式。這臺(tái)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高，葉輪直徑較大，葉輪外緣線速度達(dá)215m/s，設(shè)計(jì)難度較大，采用基本的工程計(jì)算法無法選到滿足風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行的材料，現(xiàn)采用三維實(shí)體有限元計(jì)算方法(考慮的載荷為離心力，對(duì)該葉輪的強(qiáng)度和剛度進(jìn)行分析計(jì)算。采用Solidworks進(jìn)行實(shí)體造型(見圖)，Solid45劃分網(wǎng)格(見圖)，Simulation軟件進(jìn)行有限元分析，其中，彈性模量取206 GPa，泊松比取0.3，密度取7850kg/m，固定葉輪輻板內(nèi)孔及端面后加載離心力。
由風(fēng)機(jī)葉輪三維模型可以看出，風(fēng)機(jī)的葉輪是由輪蓋、中盤和葉片三部分焊接而成的。初步設(shè)計(jì)是輪蓋選用14mm厚材料，中盤選用25mm厚材料，葉片選用14mm厚的板材，按工下，最大應(yīng)力集中在輪蓋進(jìn)口和葉片進(jìn)口交界處，最大應(yīng)力值達(dá)到353MPa。大應(yīng)力區(qū)位于輪蓋進(jìn)口區(qū)域，且范圍較大，應(yīng)力值達(dá)到320MPa。由圖3可以看出風(fēng)機(jī)葉輪在工作轉(zhuǎn)速條件下，最大變形位于葉片出口與輪蓋外圓交界處，最大變形量達(dá)到1.18mm，最大變形區(qū)域?yàn)檎麄�(gè)輪蓋，變形量約為1mm，作轉(zhuǎn)速1480r/min及超工作轉(zhuǎn)速1657.6r/min(大小為工作轉(zhuǎn)速的112%)條件進(jìn)行分析計(jì)算，計(jì)算結(jié)果輸出見圖。
由圖可以看出風(fēng)機(jī)葉輪在超工作轉(zhuǎn)速條件下，最大應(yīng)力集中在輪蓋進(jìn)口和葉片進(jìn)口交界處，最大應(yīng)力值達(dá)到449MPa。大應(yīng)力區(qū)位于輪蓋進(jìn)口區(qū)域，且范圍較大，應(yīng)力值達(dá)到410MPa。由圖5可以看出風(fēng)機(jī)葉輪在超工作轉(zhuǎn)速條件下，最大變形位于葉片出口與輪蓋外圓交界處，最大變形量達(dá)到1.51mm，最大變形區(qū)域?yàn)檎麄�(gè)輪蓋，變形量約為1.2mm。
在葉輪輪蓋進(jìn)口處加一個(gè)高度為100mm，寬度為120mm的進(jìn)口圈。進(jìn)口圈通過鍛造而成，經(jīng)過機(jī)加工開坡口后與輪蓋焊接，合并成下，最大應(yīng)力集中在葉片進(jìn)口處，最大應(yīng)力值達(dá)到316MPa，大應(yīng)力區(qū)位于葉片進(jìn)口與輪蓋交界處，只在葉片根部小區(qū)域范圍內(nèi)，應(yīng)力值達(dá)到290MPa，應(yīng)力的大小及分布區(qū)域與初步方案相比有明顯改善。由圖可以看出風(fēng)機(jī)葉輪在工作轉(zhuǎn)速條件下，最大變形位于葉片出口與輪蓋外圓交界處，最大變形量達(dá)到0.97mm，最大變形區(qū)域?yàn)檩喩w的外圈，變形量約為0.9mm，變形量的大小及分布區(qū)域與初步方案相比有所改良。
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