料渣泵工程陶瓷叶轮烧结后残余热应力的有限

料渣泵工程陶瓷叶轮烧结后残余热应力的有限元分析★

口李要锋

口刘传绍

口秦军

焦作４５４０００

河南理工大学机械与动力工程学院，

摘要：利用ＡＮｓＹｓ有限元分析软件对料渣泵工程陶瓷叶轮烧结后的热应力进行分析，结果表明：氧化铝陶瓷叶轮

烧结后内部存在有很大的残余热应力，最大值可达到１１３ＭＰａ，因此烧结后需要对叶轮进行相应的去应力处理；同时，烧结

后陶瓷叶轮会发生较大的变形，为叶轮的制造提供参考。

关键词：陶瓷叶轮ＡＮＳＹＳ热应力有限元分析中图分类号：ＴＢ３０４

文献标识码：Ａ

在钢铁、水泥、造纸等行业中都会大量使用料渣的过流部件，都会受到强烈的冲刷腐蚀，尤其是叶轮，年，最短的只有几十天。因此，为了延长泵的服役周氧化铝陶瓷是已发现的最硬的无机化合物之一，防腐耐磨难题。但氧化铝陶瓷叶轮的成形需要通过高内部会存在很大的残余热应力，会影响到陶瓷叶轮的１

陶瓷叶轮的有限元模型

陶瓷叶轮的模型如图１所示。叶片数ｚ＝６，叶轮出口直径晚＝３９０ｍｍ，叶片出口宽度６２＝７９ｍｍ，叶片ｍｍ。

热应力问题实际上是热和应力两个物理场之间的直接法是指采用具有温度和位移的自由度的耦合

施加到结构应力分析中。因为ＡＮｓＹｓ的计算是在理想

★河南省重点攻关项目（编号：０５２３０２１６００）

河南省创新人才基金资助项目（编号：０４２１００１２００）收稿日期：２００６年ｌＯ月

万　

方数据文章编号：１０００一４９９８（２００７）０３一００３６—０３

条件下进行的，所以计算时需做以下假设ＨＪ。

１）温度场呈轴对称分布，热量只沿叶轮径向传递；２）陶瓷叶轮表面与周围空气为强制对流传热，忽略轮毂与轴连接部位内表面与空气的对流传热；３）陶瓷叶轮烧结温度为１３００ｏＣ，取空气与陶瓷对流热系数为９５Ｗ／（ｍｚ?ｏＣ）～，周围环境温度为恒温２０。Ｃ；４）假设叶轮冷却过程中，氧化铝陶瓷的物理参数不变。

表ｌ

氧化铝陶瓷有关参数

ｌ弹性模Ｉ量／ＧＰａ

泊松比

热膨胀系导热系数／Ｗ比热／Ｊ密度／数／（ｏｃ）“

（ｍ?ｏＣ）“

（ｋｇ?℃）。１

（１ｃｇ?ｍ。）

ｌ“ｏ

０．３

８．６×ｌＯ一‘

２０．８５

８００

３５００

２陶瓷叶轮烧结后热应力分析

２．１模型的有限元网格划分

单元类型选取耦合场单元，选择Ｃｏｕｐｌｅｄ

Ｆｉｌｅｄ，

Ｓｃａｌ盯Ｔｅｔ９８单元。因为模型结构较为复杂，现采取自

由网格划分，划分精度为２级，最后划分完成后总节点

数为８１３６９个，单元数为５３４８５个。网格划分后的有限元模型如图２所示。２．２边界条件的施加

在ＡＮＳＹｓ的材料参数中定义以下参数：氧化铝陶瓷导热系数２０．８５ｗ／（ｍ?。ｃ），弹性模量４４０ＧＰａ，泊松比Ｏ．３，密度３

５００

ｋｇ／ｍ３，氧化铝陶瓷线膨胀系数机械制造４５卷

第５１１期

盘

泵，因输送的液体介质中含有大量酸性介质，这些设备磨损程度比其它部位更严重。据统计，使用普通的碳钢或一般耐磨钢１６Ｍｎ制造的叶轮，一般使用寿命只有半期，一般都会对叶轮进行防腐耐磨处理ｎｌ。

具有一般金属耐磨材料难以比拟的抗磨损性能。因此，使用工程氧化铝陶瓷来制造叶轮能从根本上解决叶轮温烧结和等静压成形等手段来实现，在烧结之后叶轮使用寿命，因此，需要通过加热或其他机械方法来消除

这部分热应力进行㈨。本文应用ＡＮＳＹＳ软件对陶瓷叶

轮烧结后的残余热应力进行仿真分析，进一步了解陶瓷叶轮烧结后的热应力分布情况。

包角妒＝（２／３）竹，叶轮轮彀直径也＝１２０相互作用。故属于耦合场分析问题。与其他耦合场的分析方法类似，ＡＮｓＹＳ提供了两种分析热应力的方法：直接法和间接法ｂｌ。

单元，同时得到热分析和结构应力分析的结果；间接法

则是指先进行热分析，然后求得节点温度作为体载荷回２∞７／３

陶瓷: beaqg