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烟气轮机(简称烟机)是石油工业中最重要的能量回收透平机械，其工作介质为流化催化裂化装置(FCCU，简称催化裂化装置)内催化剂再生烧焦过程中产生的具有一定压力的高温废烟气。介质通过叶轮时膨胀做功，烟机将烟气的一部分内能与动能转化为机械能输出，达到回收利用余能的目的。
叶轮是烟机中最重要的零件，对烟机效率和使用寿命有直接影响，所以需要对其进行详细的强度分析。在催化裂化装置的各类停机故障中，由于烟机故障，尤其是叶片断裂而导致机组停机占很大比例，烟机的平稳运行直接关系到整个装置的安全稳定运行。叶轮的破坏主要有两方面原因：烟气对叶片的冲蚀和叶片的疲劳破坏。烟气的冲蚀主要与烟气中催化剂的浓度和粒度有关，而疲劳破坏则与叶片的受力和振动频率有关。
叶片尺寸、温度及叶片根部固定情况等因素对叶片的振动频率起决定作用。设计过程中准确计算和预测叶片的动静强度，使应力和模态有一定隔离裕度是烟机设计的关键。借助于有限元分析软件ABAQUS对某型号烟机叶轮进行仿真模拟，研究和分析强度计算的三维有限元模型和计算结果。
以某型号烟机为研究对象，一级叶片数为66，其叶轮及转子模型如图所示。叶轮三维有限元模型为轮盘圆周方向的1/66，即对其中1个叶片及相应的轮盘进行建模和计算分析，计算模型的实体如图所示。将叶片及相应轮盘的三维实体模型导入专用网格生成器进行网格划分，由于运转过程中叶片仅承受离心和气动载荷，故叶身部分采用四面体网格。在烟机转动过程中，叶根表面与轮盘桦槽间接触产生非线性接触应力，故叶根和桦槽采用结构化六面体网格，叶身和叶根之间通过贴合约束的方式来处理，有限元模型的网格如图所示，网格数如表所示。
叶轮额定转速为3000r/min的载荷条件下，叶根和桦槽接触，共有6个接触对，接触对所对应的面单元如图所示，接触面的摩擦系数均取0.2，接触的计算物理模型采用拉格朗日方法，叶轮强度数值计算包括考虑接触效应的静强度计算和模态分析。
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