Изложены методика и результаты численного моделирования напряженно-деформированного состояния лопаток завихрителя вихревой горелки, разработанной для модернизации отопительных котлов. Особенностью предложенной горелки является конструкция закручивающего устройства (завихрителя), которое представляет собой корпус с установленными внутрь двумя рядами встречных направляющих лопаток. Это позволяет достичь увеличения турбулизации и закручивания потока и, как следствие, улучшает процесс горения, а также значительно расширяет диапазон регулирования геометрии и параметров факела. Целью численного моделирования завихрителей вихревой горелки является проверка надежности конструкции под действием гидродинамических сил в процессе эксплуатации. Сформулирована математическая постановка задачи, описана методика моделирования с помощью метода конечных элементов. Разработана твердотельная модель завихрителя вихревой горелки. Твердотельная модель разбита на два моделирующих элемента: внешний и внутренний завихрители. Определены поверхности, на которые воздействуют нагрузки и поверхности, находящиеся в относительном покое. Проведен анализ механизмов и закономерностей повреждения лопаток, полей остаточных напряжений. Приведены полученные в результате моделирования количественные оценки параметров надежности лопаток вихревого завихрителя.
Ключевые слова: Горелки отопительных котлов; Лопатки завихрителей; Остаточные напряжения в лопатках завихрителей.
Викладені методика і результати чисельного моделювання напружено-деформованого стану лопаток завихрувача вихрового пальника, що розроблений для модернізації опалювальних котлів. Особливістю запропонованого пальника є конструкція закручуючого пристрою (завихрувача), який представляє собою корпус з встановленими всередину двома рядами зустрічних напрямних лопаток. Це дозволяє досягти збільшення турбулізації і закручування потоку і, як наслідок, покращує процес горіння, а також значно розширює діапазон регулювання геометрії і параметрів факела. Метою чисельного моделювання завихрувачів вихрового пальника є перевірка надійності конструкції під дією гідродинамічних сил в процесі експлуатації. Сформульована математична постановка задачі, описана методика моделювання за допомогою методу кінцевих елементів. Розроблена твердотільна модель завихрувача вихрового пальника. Твердотільна модель розбита на два моделюючих елемента: зовнішній і внутрішній завихрувачі. Визначені поверхні, на які впливають навантаження і поверхні, які знаходяться у відносному спокої. Проведено аналіз механізмів і закономірностей пошкодження лопаток, полів залишкових напружень. Наведені отримані в результаті моделювання кількісні оцінки параметрів надійності лопаток вихрового завихрувача.
Ключові слова: Пальники опалювальних котлів; Лопатки завихрувачів; Залишкові напруги в лопатках завихрувачів.
Abstract
The technique and results of numerical simulation of the stress-strain state of the blades of the vortex burner swirler developed for the modernization of heating boilers are outlined. For the modernization of water-tube boilers, the design of the vortex burner was proposed. A feature of the proposed burner is the design of a swirl device (), which is a body with inwardly mounted two rows of opposing guide blades. This permits to increase the turbulence and twisting of the flow and, as a result, improves the combustion process, and also considerably extends the range of geometry regulation and flame parameters. The purpose of swirlers numerical simulation is to check the structure reliability under the influence of hydrodynamic forces during operation. The study of the oscillations of the vortex burner blades makes it possible to determine the places with the greatest equivalent stresses, and, consequently, the most probable foci of failure, the place of change in the operating conditions of safe operation. The mathematical formulation of the problem is formulated; the method of modeling with the help of the finite element method is described. To carry out the simulation, specialized computer programs were used. A solid model of a vortex burner was developed. The solid model is divided into two modeling elements, external and internal. The surfaces on which the loads and surfaces are in relative rest were determined. The loads on the vortex blades were determined from the empirical relationships given in the specialized literature. The analysis of the mechanisms and regularities of damage to the blades, residual stress fields was carried out. The quantitative estimates of the reliability parameters of vortex blades obtained as a result of modeling are presented. Analysis of the diagrams made it possible to determine the zones (on the surfaces of the blades) in which maximum forces and displacements are observed. The results of the design check showed sufficient design reliability for accident-free operation, for all faces of the model, the safety factor is greater than 1.
Keywords
Burners of Heating Boilers; Vortex Blades; Residual Stresses in Vortex Blades
__________________________________________________________________
