随着目前循环流化床发电机组的广泛应用，机组容量越来越大，其配套用离心风机逐步向高压头、大流量和高转速方向发展，大型小比转速双吸双支撑离心工业风机的应用越来越广泛。由于此类风机转速较高，作为风机核心部件的叶轮在设计过程中将会遇到强度和刚度两个方面的考验。利用有限元分析对叶轮进行强度和刚度方面的分析，可以综合分析评估叶轮结构设计的合理性，对叶轮设计具有重要的意义。
      国电小龙潭发电厂2x300MW机组一次风机，风机型号RJ20-DW2770F，叶轮直径2770mm，为双吸双支撑结构，风量279288m/h，压力30200Pa，风机的工作转速1480r/min，配用YKK800-42800kW电机。风机叶轮叶片采用一段直线加一段圆弧的结构形式，叶片数为20；叶轮轮盖为平板轮盖加锻件进口圈的结构形式；叶轮轮盘采用锻件辐板加锯齿中盘的结构形式。这台风机转速较高，叶轮直径较大，叶轮外缘线速度达215m/s，设计难度较大，采用基本的工程计算法无法选到满足风机安全运行的材料，现采用三维实体有限元计算方法(考虑的载荷为离心力，对该叶轮的强度和刚度进行分析计算。采用Solidworks进行实体造型(见图)，Solid45划分网格(见图)，Simulation软件进行有限元分析，其中，弹性模量取206 GPa，泊松比取0.3，密度取7850kg/m，固定叶轮辐板内孔及端面后加载离心力。
      由风机叶轮三维模型可以看出，风机的叶轮是由轮盖、中盘和叶片三部分焊接而成的。初步设计是轮盖选用14mm厚材料，中盘选用25mm厚材料，叶片选用14mm厚的板材，按工下，最大应力集中在轮盖进口和叶片进口交界处，最大应力值达到353MPa。大应力区位于轮盖进口区域，且范围较大，应力值达到320MPa。由图3可以看出风机叶轮在工作转速条件下，最大变形位于叶片出口与轮盖外圆交界处，最大变形量达到1.18mm，最大变形区域为整个轮盖，变形量约为1mm，作转速1480r/min及超工作转速1657.6r/min(大小为工作转速的112%)条件进行分析计算，计算结果输出见图。
      由图可以看出风机叶轮在超工作转速条件下，最大应力集中在轮盖进口和叶片进口交界处，最大应力值达到449MPa。大应力区位于轮盖进口区域，且范围较大，应力值达到410MPa。由图5可以看出风机叶轮在超工作转速条件下，最大变形位于叶片出口与轮盖外圆交界处，最大变形量达到1.51mm，最大变形区域为整个轮盖，变形量约为1.2mm。
      在叶轮轮盖进口处加一个高度为100mm，宽度为120mm的进口圈。进口圈通过锻造而成，经过机加工开坡口后与轮盖焊接，合并成下，最大应力集中在叶片进口处，最大应力值达到316MPa，大应力区位于叶片进口与轮盖交界处，只在叶片根部小区域范围内，应力值达到290MPa，应力的大小及分布区域与初步方案相比有明显改善。由图可以看出风机叶轮在工作转速条件下，最大变形位于叶片出口与轮盖外圆交界处，最大变形量达到0.97mm，最大变形区域为轮盖的外圈，变形量约为0.9mm，变形量的大小及分布区域与初步方案相比有所改良。

                                                                                专业从事机械产品设计│有限元分析│CAE分析│结构优化│技术服务与解决方案
                                                                                                                                                      杭州那泰科技有限公司
                                                                              本文出自杭州那泰科技有限公司www.nataid.com，转载请注明出处和相关链接！