基于损伤力学分析的汽轮机转子寿命损耗计算方法

在ANSYS有限元软件中使用耦合损伤的Chaboche黏塑性本构模型对1000 MW超超临界汽轮机转子在不同起动工况下的热机械力学响应进行了数值模拟。基于转子表面危险区域应力和损伤的分析结果,建立了汽轮机起动参数与转子最大损伤之间的函数关系,并以此提出了一种适用于复杂起动及升负荷工况下的转子寿命损耗计算方法。结果表明:在标准起动工况下模型计算结果与汽轮机寿命损耗分配表中的数据基本一致,验证了模型的有效性;采用所提方法后,对实际起动曲线进行简单处理,可快速计算出转子的寿命损耗率以及危险区域的热应力。

基于参数化建模的转子有限元剖分

分析汽轮机转子的结构特点 ,将汽轮机转子结构参数化 ,提出了汽轮机转子参数化建模的方法 ,提高了转子原始几何模型的输入效率和准确性。利用有限元网格生成的Delaunay三角化方法 ,得到了汽轮机转子二维有限元计算模型 ,生成的有限元网格大小均匀 ,疏密过渡平滑 ,没有奇异单元 。

采用热固双向耦合模型的转子热应力计算方法研究

为准确计算汽轮机转子在启、停机过程中的热应力,建立了转子瞬态温度场、应力场分析的热固双向耦合轴对称计算模型。该模型在考虑转子温度场对应力场影响的同时,也考虑了应力场对温度场的影响。采用热固双向耦合有限元模型计算了某超超临界660MW超高压转子的瞬态温度场和热应力场,并研究了热固双向耦合和单向模型计算结果的差异。计算结果表明:在转子启动过程中,温度与变形之间的耦合作用会随主蒸汽和转子表面温差增大而增强,当转子表面初温与主蒸汽温差为280℃时,两种模型计算出的转子最大热应力相差6.6%。因此,在转子表面热冲击较大的情况下,应选择热固双向耦合模型进行转子热应力计算。

迷宫密封对高参数转子系统稳定性的影响分析及公理设计方法应用

针对高参数汽轮机,研究迷宫密封汽封力和轴承油膜力作用下的转子系统稳定性问题。首先基于两控制体模型对各级密封的动特性进行计算,并与6瓦可倾瓦轴承进行对比,发现高压缸围带密封的交叉刚度已达107N/m,与轴承相当或更大,表明密封相比轴承是稳定性的主导因素。然后采用有限元方法将实际转子进行模化,根据建立的转子轴承密封系统动力学模型,对不同密封间隙和转速下的系统动力学特性进行计算分析,表明：考虑密封力后系统的最小对数衰减率min下降很大但对临界转速影响不大。间隙对min的影响存在区域性,在小于设计间隙（0.5~0.8 mm）范围选择合适的间隙可使系统的泄漏特性和稳定性最优。最后针对4种密封耦合设计方案,采用公理化方法研究其概念设计过程中的知识表达、知识融合及优化决策,表明该方法的简明和有效性。

汽轮机转子叶片模化与模态分析

采用Solidworks软件对国产某600MW汽轮机低压转子进行三维实体建模,针对汽轮机长叶片提出了一种叶片模化方法。基于Algor有限元软件对该型机组低压转子进行了模态分析,将临界转速计算结果与传统的圆盘法所得结果以及设计数据进行比较,比较结果表明:提出的叶片模化方法是可行的,运用该方法处理的叶片模型在理论上更接近实际叶片。研究结果为透平机转子的设计及其动力学有限元三维实体建模提供了一定的参考。

低周疲劳过程损伤变量的复合分析法和三阶段损伤演化模型

采用疲劳损伤力学的方法分析Ni Cr Mo V钢核电汽轮机低压焊接转子1︰1模拟件接头低周疲劳过程,针对损伤变量表征方法中的弹性模量法和应力幅值法应用的局限性,并考虑循环前期循环软化造成的材料的损伤,提出适用于循环软化材料的低周疲劳全过程损伤变量表征的复合分析法,提高了疲劳过程各阶段材料损伤测量的准确性;提出低周疲劳损伤过程的三阶段损伤模型,将焊接接头的疲劳损伤过程分为应力松弛、微空洞和微裂纹的萌生和扩展以及宏观裂纹的萌生和扩展三个阶段,并用于分析焊接接头的低周疲劳损伤过程。试验结果表明,在Ni Cr Mo V钢汽轮机低压焊接转子接头的低周疲劳损伤过程分析中,采用复合分析法表征损伤变量较弹性模量法和应力幅值法更为合理,且三阶段疲劳损伤模型能很好地反映疲劳损伤过程。

汽轮机叶片三维参数化特征造型研究

针对汽轮机叶片的结构特点, 提出了叶片参数化建模的特征分类形式,采用CSG与B rep共同构造了叶片的三维实体。然后利用这一技术开发了汽轮机叶片的参数化特征造型系统,其中采用VisualC++开发了良好的人机界面,并使用OpenGL图形技术进行叶片造型显示。以某汽轮机低压缸围带双倒T叶根扭叶片为例阐述了参数化特征造型的思路,并展示了该造型系统的一些功能。该三维参数化特征造型方法不仅可以应用于汽轮机叶片,也可以应用于其它一些典型结构件的参数化设计,为进一步进行有限元分析以及数控加工奠定基础。

监测汽轮机转子热应力的二维离散模型

提出一种计算大型汽轮机转子热应力的二维离散模型。首先利用ＧＡＬＥＲＫＩＮ有限元法计算高中压转子的瞬态温度场，再根据该温度场在线计算转子的效应力。这种二维离散模型也可以进一步被用来计算转子轴向热膨胀和监测机组胀差。该模型的热应力计算结果表明，机组冷、热态启动中，中压转子最危险部位在第一级叶轮根部，高压转子最危险部位在调节级叶轮根部，与有限元分析结果完全一致。可以相信，以二维离散模型为基础的汽轮机转子热应力及热膨胀在线监测系统将会投入使用。

转子物性对超临界汽轮机启动热应力的影响

汽轮机转子材料多采用30CrMoV低碳合金钢,其物性参数随温度变化显著。所建转子热应力计算模型,考虑了转子材料物性随温度变化的影响。通过仿真试验,分析了国产某600MW超临界汽轮机冷态、温态、热态和极热态4种启动工况下转子热应力的变化趋势,并与常物性转子热应力模型的计算结果进行了比较。结果表明:转子材料物性参数随温度的变化显著影响其启动热应力的大小,为提高汽轮机转子热应力在线监测模型的计算精度提供有益参考。

汽轮机转子蒸汽冷却计算模型构建研究

提高初参数是火力发电实现节能与环保两项国策的重要措施。在蒸汽初温提高的条件下,为确保汽轮机部件的强度与寿命,需要在提高材料耐热性的同时采取蒸汽冷却技术,降低转子的温度与热应力。针对工程要求计算方法快捷、精确的特点,本文构造了转子根部冷却的一维参数计算模型,该模型综合考虑了冷却蒸汽对叶片表面的射流冲击冷却以及冷却蒸汽流过转子根部时的热传导冷却。应用该模型计算了超临界机组中压缸第一级转子经冷却后的温度场,并与三维计算结果比较,证明该模型能满足工程要求。

汽轮机转子二维温度场在线仿真模型建立

在一体化过程模型开发平台(IMMS)的仿真系统支撑下,开发了汽轮机转子二维温度场有限元模型的通用仿真算法,并采用工程模块化的建模方法建立了汽轮机转子二维温度场的在线仿真模型(便于汽轮机转子和所划分网格几何尺寸的修改)。通过仿真试验与同条件下的二维解析结果作了对比,结果表明:所建立的仿真模型具有计算精度高、计算速度快和通用性强等优点。同时,该模型还可用于其它具有类似边界条件轴对称体结构的热状态分析。

一种面向在线监控的汽轮机转子热应力新模型

为了妥善解决汽轮机转子热应力数学模型的精度与实时性之间的矛盾，文中由热弹性控制方程出发，运用传递函数、主导极点等控制理论概念建立了一种适宜在线监控应用的汽机转子热应力新模型。仿真结果表明新模型较好地解决了精度与实时性之间的矛盾。

基于弹塑性理论的汽轮机转子应力在线监测模型

采用差分方法,基于弹、塑性力学理论对转子应力在线计算模型进行了研究。该模型能考虑温度变化对材料物性参数的影响,并将应力分析扩展到材料的塑性范围。同时考虑了应力集中区域进入塑性状态时的集中系数修正方法,从而大大提高了在线应力计算模型分析的精确度。与有限元算例的比较验证了该模型的准确度。

基于群体平衡的汽轮机动叶表面盐析颗粒分布特性

为深入了解汽轮机动叶内盐析颗粒的微观行为,本文以某超临界汽轮机高压级动叶为研究对象,应用计算流体力学与群体平衡模型耦合方法,对汽轮机动叶内盐析颗粒在流场中的分布进行数值模拟研究,获得了盐析颗粒在动叶内的粒径分布及不同负荷时叶片尾缘处盐析颗粒数量密度分布规律。模拟结果表明:在汽轮机动叶吸力面附近的盐析颗粒粒径较压力面附近盐析颗粒粒径小,且叶根处颗粒粒径小于叶顶处;动叶压力面的颗粒数量密度呈前缘点尾缘点处大、中间段小的分布规律,并且盐析颗粒在叶片上的数量密度分布最大值并不出现在组分数及粒径最大处,而是出现在平均粒径为110~150μm的盐析颗粒沉积位置处;当汽轮机30%负荷运行时,粒径40μm盐析颗粒的数量密度是其在汽轮机额定负荷运行时的1.5倍,而粒径140μm盐析颗粒的数量密度仅为汽轮机额定负荷运行时的80%。

核电汽轮机低压焊接转子热处理残余应力的数值分析

利用ABAQUS建立了大型核电低压转子焊接轴对称有限元模型,基于ABAQUS子程序DFLUX编制了焊接热源模型,实现了焊接过程的数值模拟,并通过计算分析获得焊缝区域的残余应力分布规律,探讨了热处理对焊接残余应力分布规律的影响.结果表明:焊接残余应力分布局限于焊缝及其影响区,总体上关于焊缝对称分布,对转子其他部位应力分布未产生影响;热处理后,转子外表面上焊缝无双向拉伸的应力状态,残余高应力分布于焊缝中部位置;热处理工艺对降低焊缝残余应力峰值及应力梯度效果显著.

有限元计算网格划分对汽轮机转子应力计算结果的影响

针对某型号亚临界汽轮机高、中压转子在稳态额定负荷工况下,采用不同单元形状与网格密度进行有限元计算,得出汽轮机高、中压转子强度薄弱部位等效应力的计算结果。计算分析结果表明:网格划分方式与网格密度不同,计算得出的转子等效应力相差较大。研究结果为提高汽轮机转子应力的计算准确度提供了依据和方法。

在线监测大型汽轮机组相对胀差的探

提出一种计算汽轮机转子轴向热膨胀的二维数学模型，利用ＧＡＬＥＲＫＩＮ有限元法计算转子瞬态温度场之后，再计算出转子轴向热膨胀。

300MW汽轮机随机振动的平衡控制

根据对一台国产 30 0MW汽轮机不稳定随机振动的测量试验 ,分析轴承振动变化特征与故障影响因素 ,现场采用控制转子振型不平衡量的调整措施 ,取得了明显成效。

1000MW核电汽轮机转子扭转刚度模化分析

针对核电汽轮机转子扭振特性的模化分析,综合考虑焊接转子轮盘的复杂结构,通过应变能法计算了一系列无量纲参数下2种典型轮盘简化模型的扭转刚度,归纳得到了2种典型轮盘简化模型的扭转刚度计算方法。典型的计算例子表明文章提出的模化方法在分析轴系扭转振动特性问题上具有较高的精度和效率。

受汽封力作用的连续转子模型研究

为了研究汽轮机组两端轴封的汽封力对转子振动与稳定性的影响,构建了较完整的具有两端轴封、双轴承的单盘单跨转子结构模型。除考虑转子的弯曲、剪切效应及轴的不对称等因素的影响外,还综合考虑了Muszynska汽封力和非稳态轴承油膜力联合作用的影响,运用Hamilton原理建立转子系统的非线性动力学模型,并进行了模型求解。