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