转炉煤气鼓风机叶轮动力学与裂纹分析

【摘要】：钢铁行业在我国发展迅速，风机在钢铁厂使用越来越广泛，对风机结构的性能要求也变得更高。厂房中的风机在其频繁的使用过程中，均出现了不同程度的裂纹，严重危害生产安全。转炉煤气鼓风机是用于将旋转产生的机械能，转换成煤气总压增加而使煤气连续流动的动力驱动机械，保证风机的安全使用是钢铁生产中的重要工作之一。课题通过对某钢厂的离心风机进行力学分析的研究和流场分析，提出针对裂纹问题的维护加固策略，并确定最终的方案实施，保证风机裂纹问题解决的有效性。 首先，对风机结构力学的分析，叶轮在工作状态下，由于材料本身、转子振动或者加工工艺等原因，都很可能产生表面裂纹。并对叶轮转子各部件进行强度校核，分别计算出对应的安全系数值，找到强度是否是裂纹产生原因之一。对风机表面加固，重新计算强度，分析强度的改变。 其次，建立双吸式离心风机的三维仿真分析模型，应用ANSYS有限元分析软件分别进行静、动态特性分析。通过静态分析，了解风机叶轮结构的应力分布状态，确定叶轮产生裂纹的应力中区域以及最大应力值；通过模态分析，提取叶轮的固有频率及振型图，了解叶轮转子结构的弯曲刚度和扭转刚度的分布情况； 最后，利用Fluent软件对风机内流场进行定常的数值模拟，获得叶轮转子与蜗壳流域的气流压力脉动情况，观察叶轮流场的特征现象并分析。通过叶轮的单向流固耦合模拟来研究定常气动力对叶轮振动特性的影响，为风机设计及安全运行提供理论依据。 【关键词】：离心风机 强度校核 有限元分析 气动力 单向流固耦合
【学位授予单位】：武汉科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TF341.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题的研究背景及研究意义9-10
• 1.2 国内外研究现状分析10-13
• 1.3 研究的目标及内容13-15
• 1.3.1 研究内容13-14
• 1.3.2 主要研究目标14
• 1.3.3 研究的技术路线14-15
• 1.4 本章小结15-16
• 第2章 有限元分析与 CFD 的基本理论16-23
• 2.1 有限元分析理论及软件介绍16-19
• 2.1.1 有限元分析的理论基础16-18
• 2.1.2 ANSYS 软件基本介绍18-19
• 2.2 计算流体力学的基本理论19-22
• 2.2.1 CFD 的理论研究19-20
• 2.2.2 流体的动力学控制方程20-21
• 2.2.3 控制方程的离散化方法21-22
• 2.3 本章小结22-23
• 第3章 风机叶轮的强度研究23-40
• 3.1 风机概况23-24
• 3.2 离心风机强度计算24-39
• 3.2.1 原转子强度计算25-37
• 3.2.2 方案改进后强度计算37-39
• 3.3 本章小结39-40
• 第4章 离心风机的有限元分析40-49
• 4.1 风机叶轮结构的静态分析40-44
• 4.1.1 仿真计算 CAE 模型40-42
• 4.1.2 参数的基本设置与载荷施加42-43
• 4.1.3 仿真结果与分析43-44
• 4.2 风机结构模态分析44-47
• 4.2.1 参数的设置和提取模态方法选择44-45
• 4.2.2 仿真结果与分析45-47
• 4.3 现场实施47
• 4.4 本章小结47-49
• 第5章 风机内流场以及流固耦合模拟49-63
• 5.1 风机内流问题的求解方法49-50
• 5.2 Gambit 与 Pro/E 的集成50-53
• 5.3 数值模拟结果与分析53-58
• 5.4 叶轮单向流固耦合模拟58-61
• 5.4.1 流固耦合过程58-60
• 5.4.2 结构场结果分析与比较60-61
• 5.5 本章小结61-63
• 第6章 全文总结与展望63-65
• 6.1 全文总结63
• 6.2 展望63-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-70
• 附录 1 攻读硕士学位期间发表的论文70-71
• 附录 2 攻读硕士学位期间参加的科研项目71-72
• 详细摘要72-76

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