本文關(guān)鍵詞：煙氣輪機(jī)動葉片沖蝕磨損的數(shù)值模擬

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【摘要】：煙氣輪機(jī)廣泛應(yīng)用于石油化工行業(yè),是催化裂化能量回收裝置中最為關(guān)鍵的設(shè)備。高溫?zé)煔馀蛎涀龉訜煔廨啓C(jī)動葉片高速旋轉(zhuǎn)而輸出軸功到發(fā)電機(jī)組或壓縮機(jī)等機(jī)械設(shè)備,創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)財富。但是高速煙氣中的催化劑顆粒沖擊葉片會造成嚴(yán)重的沖蝕磨損,不僅降低葉片的強(qiáng)度,而且改變煙氣流道、惡化流動工況、降低工作效率,甚至引起停車事故,所以煙氣輪機(jī)動葉片沖蝕磨損的研究對于催化裂化能量回收裝置的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。建立了一種新的基于微切削和變形疲勞磨損的可用于高溫環(huán)境的葉材沖蝕率模型。采用積分計算了磨粒微切削造成的靶材磨屑體積,根據(jù)局部化模型和低周疲勞理論推導(dǎo)出變形疲勞磨損的表達(dá)式,計算了煙氣輪機(jī)葉材GH864隨沖角變化的沖蝕率,并與前人實驗進(jìn)行了比較,結(jié)合GH864的高溫特性,對其在實際工況下的沖蝕特性及沖蝕率作了研究。結(jié)果表明:GH864表現(xiàn)出塑性金屬的沖蝕特性,但發(fā)生最大沖蝕率的沖角在50°左右,而不是通常認(rèn)為的30°左右;GH864的臨界變形量hc隨溫度的升高先減小而后略增大,最大變形量H隨溫度的升高而增大,最大抗沖擊次數(shù)Nf隨溫度的升高呈指數(shù)型增長;GH864在30°和50°沖角下沖蝕率隨溫度增加而增加,在550℃后增速減緩;90°沖角下的沖蝕率在常溫至400℃間幾乎不變,400℃以后大幅減小;不同溫度下流動應(yīng)力、動態(tài)硬度和臨界應(yīng)變的變化對沖蝕特性影響很大,環(huán)境溫度的升高會增加GH864的切削磨損,但也可以減小變形疲勞磨損。在Fluent中數(shù)值模擬了某化工廠煙氣輪機(jī)的內(nèi)部流場,研究了煙氣的壓力、流速及速度矢量與動葉片表面形成的沖角等對催化劑顆粒流動及沖蝕磨損有重要影響的因素。結(jié)果表明:煙氣在動靜葉流道中產(chǎn)生了較大壓降,特別在動葉片出口處出現(xiàn)了低壓區(qū),造成了煙氣流動的不穩(wěn)定性;動葉片壓力面溫度處于771K~893K之間,吸力面溫度處于690K~880K之間,整個動葉片表面溫度差異較大;煙氣流速在動葉片進(jìn)氣邊達(dá)到最大值,約為400m/s左右,在動葉片后部到動葉流道出口煙氣呈加速流動,最終以289m/s~336m/s的速度噴出;煙氣速度矢量與動葉壓力面大部分區(qū)域呈高角度沖擊,在出氣邊呈低角度沖擊;動葉片流道在徑向存在較大的壓力梯度,煙氣形成二次流,出現(xiàn)向動葉片下部流動的趨勢,會對催化劑顆粒的運(yùn)動有影響。加入DPM分析了不同粒徑催化劑顆粒的流動規(guī)律及其對動葉片的沖蝕磨損位置及沖蝕率,探尋了預(yù)防及減小煙氣輪機(jī)動葉片沖蝕磨損的方法和措施。催化劑顆粒在動葉流道中的運(yùn)動規(guī)律隨粒徑的變化大不相同,顆粒越小越趨于在整個流道中均與分布,反之越易貼近動葉壓力面向頂部集中,從而加大該區(qū)域的沖蝕磨損;相同粒徑的催化劑顆粒在葉片表面上不同位置處的沖蝕率不同;小粒徑催化劑顆粒沖蝕磨損主要在動葉進(jìn)氣邊和出氣邊,其余區(qū)域基本很小,大粒徑催化劑顆粒沖蝕磨損主要在動葉葉高中部以上位置;在催化劑顆粒流量恒定的情況下,煙氣輪機(jī)動葉片上的整體沖蝕磨損率隨粒徑的增大先增大后減小,在10μm時達(dá)到最大值。
【關(guān)鍵詞】：煙氣輪機(jī) 催化劑顆粒 GH864 高溫 沖蝕 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TE96
【目錄】：

• 摘要7-9
• Abstract9-13
• 符號注釋表13-14
• 第1章 緒論14-20
• 1.1 課題研究的意義14-15
• 1.2 國內(nèi)外研究歷史與現(xiàn)狀15-17
• 1.2.1 煙氣輪機(jī)葉片沖蝕機(jī)理的研究15-16
• 1.2.2 煙氣輪機(jī)內(nèi)部氣固兩相流的研究16-17
• 1.3 課題來源與主要研究工作17-18
• 1.4 課題的創(chuàng)新點與關(guān)鍵性問題18-20
• 第2章 煙氣輪機(jī)葉片沖蝕磨損的理論基礎(chǔ)20-26
• 2.1 沖蝕磨損理論基礎(chǔ)20-22
• 2.2 沖蝕磨損的影響因素22-23
• 2.2.1 磨粒特性的影響因素22-23
• 2.2.2 靶材特性的影響因素23
• 2.2.3 沖蝕環(huán)境的影響因素23
• 2.3 煙氣輪機(jī)葉片沖蝕磨損23-26
• 第3章 煙氣輪機(jī)葉材的高溫沖蝕建模及分析26-40
• 3.1 切削磨損26-32
• 3.1.1 彈性變形階段27-28
• 3.1.2 塑性變形階段28-31
• 3.1.3 彈性恢復(fù)階段31-32
• 3.1.4 磨粒離開階段32
• 3.1.5 微切削磨屑體積32
• 3.2 變形疲勞磨損32-33
• 3.3 總沖蝕磨損率33-34
• 3.4 理論模型驗證及影響因素分析34-38
• 3.4.1 沖角對沖蝕率的影響35
• 3.4.2 環(huán)境溫度對沖蝕率的影響35-38
• 3.5 本章小結(jié)38-40
• 第4章 煙氣輪機(jī)內(nèi)部流場分析40-49
• 4.1 Fluent簡介及本研究所涉及關(guān)鍵理論點40-41
• 4.2 數(shù)值模擬41-44
• 4.2.1 計算區(qū)域和網(wǎng)格劃分41-43
• 4.2.2 連續(xù)相模型43
• 4.2.3 邊界條件及模型求解43
• 4.2.4 后處理43-44
• 4.3 煙氣輪機(jī)流場分析44-48
• 4.3.1 煙氣壓力變化44-45
• 4.3.2 煙氣溫度變化45-46
• 4.3.3 煙氣速度變化46-47
• 4.3.4 煙氣二次流47-48
• 4.4 本章小結(jié)48-49
• 第5章 催化劑顆粒對動葉沖蝕磨損的數(shù)值模擬49-56
• 5.1 離散相模型49-50
• 5.2 催化劑顆粒的運(yùn)動及沖蝕模擬50-55
• 5.2.1 不同粒徑催化劑顆粒的分布規(guī)律50-52
• 5.2.2 不同粒徑催化劑顆粒對動葉的沖蝕磨損52-55
• 5.4 本章小結(jié)55-56
• 結(jié)論與展望56-59
• 參考文獻(xiàn)59-63
• 致謝63-64
• 附錄A 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文64-65
• 附錄B 催化劑顆粒對煙氣輪機(jī)葉材沖蝕率的計算程序65-68

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