基于流固耦合的离心通风机叶轮强度研究.pdf

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1、第38卷第4期华北电力大学学报Vol_38．No．42011年7月JournalofNoAhChinaElectricPowerUniversityJu1．，2011基于流固耦合的离心通风机叶轮强度研究王松岭，孙哲，吴正人，张磊(华北电力大学能源与动力工程学院，河北保定071003)摘要：考虑风机工作时叶轮变形对流场的影响和气动力对叶轮变形和应力的影响，采用软件CFX进行流场计算、ANSYS进行结构计算，以MFX—ANSYS／CFX为数据耦合平台，应用弱耦合方法对风机叶轮强度进行研究。计算结果表明

2、：叶轮最大总变形发生在叶片吸力面的中间位置，最大等效应力发生在前盘；在风机不同的稳定工况下，叶轮最大等效应力值有所不同，但变化幅度很小。关键词：离心通风机；流固耦合；弱耦合方法；强度；数值模拟中图分类号：TH432文献标识码：A文章编号：1007—2691(2011)04—0081—05Strengthinvestigationofthecentrifugalfanimpellerbasedonfluid-structureCouplingWANGSong—ling，SUNZhe，WUZheng—

3、ren，ZHANGLei(SchoolofEnergyandPowerEngineering，NoAhChinaElectricPowerUniversity，Baoding071003，China)Abstract：Consideringtheeffectofthedeformationoftheimpellerontheflowfieldandtheaerodynamicforceonthedeformationandstressoftheimpeller，theloosecouplingme

4、thodwasusedtoinvestigatethestrengthoftheimpellerwiththesoftwareCFXtodescribetheflowfieldandthesoftwareANSYStodescribethereactionofthestructure，boththecomputationalresultsweresharedontheexchangingplatformMFX—ANSYS／CFX．Theresultsshowthatthemaxi-mumtotal

5、deformationoccursinthemiddleofthebladesuctionsurface，andthemaximumequivalentstressoccursintheshroudoftheimpeller；indiferentstableconditions，themaximumequivalentstressvaluesaredifferent，butlittlechange．Keywords：centrifugalfan；fluid—structurecoupling；lo

6、osecouplingmethod；strength；numericalsimulation模型不需要做任何简化，而且计算结果有较好的0引言精度，可以很好地反映叶轮的变形和应力变化情况J。文献[4]利用数值模拟的方法对轴流风在叶轮机械中，叶轮是最为关键的部件，其机叶片进行强度校核时，发现考虑叶片的气动弹性能好坏直接关系到叶轮机械运行的可靠性与安性对叶片强度的影响是必要的。文献[5]对汽全性。一般大型离心通风机的工作环境比较恶劣，轮机末级转子叶片进行了流固耦合数值模拟，计使用寿命比较短，事故率相对比

7、较高，而很多故算结果表明考虑叶片的气动载荷是必要的。文献障都是由于叶轮的失效引起的，而引起叶轮失效[6]对离心压缩机首级叶轮进行了单向流固耦合的原因又有很多方面，如静强度不够、高周疲劳数值模拟，计算结果表明在设计工况下气动载荷等_lj。传统的离心通风机叶轮强度设计中，仅考对叶轮强度的影响基本可以忽略不计。虑叶轮受离心力的作用，并且对复杂的叶轮模型本文以广泛应用于200MW火力发电机组的作了很多简化，所以导致计算误差一般较大；而G4—73离心通风机为研究对象，考虑流固耦合作采用有限元软件对叶轮进行强

8、度分析时不仅建立用对叶轮的影响，采用有限元软件ANSYS对风机叶轮强度进行研究。收稿日期：2011—04—2182过多种计算方案的验证，本文最终确定了各个部1耦合计算方法分的网格单元数量，其中人口段2O万、蜗壳80万、叶轮100万以及出口段20万，共计220万。求解流固耦合问题一般采用两种计算方法：2．1．3设置边界条件强耦合法和弱耦合法。强耦合法的关键在于构造风机在稳定工况下运行，环境压力为一个标出流体和固体形式统一的控制方程，然后对控制准大气压，空气密度为1．225m／s，计算