重型转子加工用中心架整体结构力学分析

重型汽轮机转子加工用中心架工作时承受巨大的载荷,须对其整体结构进行力学分析来验证设计的可靠性。本文采用有限元软件ANSYS对中心架整体结构进行了静力学分析和模态分析,确定了车削工况和铣削工况下中心架上的应力分布、变形情况,以及中心架壳体结构的固有频率、振型等动力学参数。结果表明:中心架结构有足够的刚度、强度和振动稳定性,可以满足重型汽轮机转子加工的要求。     

驱动合成气压缩机用工业汽轮机设计分析

针对某化工企业用合成气汽轮机高参数、高转速、高功率等要求的问题,基于透平热力学理论,提出了一种反动式工业汽轮机设计方案。使用透平强度理论对汽轮机直叶片的应力进行了详细计算,使用有限元分析对调节级叶片、末级扭叶片的应力进行了详细研究,使用转子动力学理论对汽轮机转子4种不同振型的不平衡响应振动进行了详细分析。利用动平衡机对转子进行了高速动平衡试验,同时通过汽轮机空负荷试验,检查了转子的实际振动情况。试验结果表明,汽轮机的功率与转速均满足用户的要求,叶片的应力在许用范围之内,叶片强度满足要求,转子的临界转速具有足够的避开余量,转子的振幅不超过25μm,符合API612的要求;该设计方案可满足用户的要求,能广泛满足合成气压缩机的驱动需求。     

汽轮机转子加工工艺分析

汽轮机转子是汽轮机的关键部件,其结构很复杂,且尺寸精度和跳动要求很高,加工难度较大,依据汽轮机转子结构和工艺特点,阐述了汽轮机转子的装夹方法,对汽轮机转子叶根槽及轴颈和推力面关键结构的加工工艺进行分析研究,并针对在加工过程中产生的问题提出了合理的加工方法,从而保证了转子的加工精度和表面粗糙度要求。     

油膜振荡下转子疲劳的损伤力学研究

在对油膜振荡进行非线性动力学分析的基础上,将其动力学响应作为位移边界条件,把损伤引入到材料的本构关系当中,考虑损伤与应力、应变的相互影响,采用全耦合的损伤力学分析方法对转子在油膜振荡行为下的损伤发展过程进行了分析,揭示了转子在油膜振荡行为下的疲劳破坏机制;同时分析了损伤与应力、应变的耦合作用对损伤演化、发展的影响,为汽轮机组的灾变防治和安全设计提供了一定的理论依据。     

亚临界汽轮机转子的寿命计算

针对国产亚临界汽轮机,对其转子的寿命进行了分析研究,讨论了对汽轮机转子寿命有重要影响的因素,并给出了汽轮机转子温度场和应力以及转子使用寿命的计算方法。研究结果对实现汽轮机转子寿命的科学管理和优化分配具有一定的指导意义。     

先进汽轮机转子材料蠕变疲劳损伤研究新进展

随着越来越多的新能源发电并网,现代化电厂发电机组被赋予调峰职责。调峰过程中机组频繁启停,加剧了汽轮机转子材料的疲劳蠕变损伤,从而缩短了机组的使用寿命。以现代化超超临界汽轮机转子为例,介绍了汽轮机转子材料的研究进展,综述了机组频繁启停中,低周蠕变疲劳载荷、热交变疲劳载荷引起的组织结构演变以及对转子材料寿命影响的研究进展,并提出了几种被广泛应用于工程实践的寿命评估模型。为超超临界汽轮机的设计优化,运行工况优化,以及安全监控等方面提供了理论基础。     

汽轮机转子的模态分析与动力特性分析

详细介绍了汽轮机转子的建模思路与简化环节,利用ANSYS软件对汽轮机转子进行了模态分析,对汽轮机转子模型进行了动力特性分析,为研究和解决汽轮机转子故障提供理论指导。     

线性匹配方法及其用于高温部件安定与棘轮分析的案例研究

以先进汽轮机转子、航空发动机等为代表的高温部件的强度设计是结构完整性研究领域的重要课题。线性匹配方法作为一种先进的直接分析方法,是实现高温部件强度快速、准确设计的重要手段。主要介绍线性匹配方法在安定与棘轮分析方面的理论框架,并基于该方法的理论框架,开展了高温部件强度设计的案例研究。该方法可为新一代高温部件的结构设计提供重要参考。     

金属材料高温蠕变—疲劳损伤研究进展

用于汽轮机转子或涡轮叶片的金属材料长时间在高温环境下受到交变载荷的作用,会发生严重的高温蠕变—疲劳损伤,从而降低了转子及叶片的使用寿命。文中分析了加载条件因素、环境因素、材料特性及热处理工艺等对汽轮机转子钢蠕变—疲劳裂纹形成及扩展的影响,从疲劳裂纹萌生原因、蠕变阶段材料的组织变化及疲劳—蠕变的交互作用综述了汽轮机转子钢疲劳蠕变的损伤机理;并指出以材料的蠕变疲劳损伤机理为基础,建立材料的本构关系及损伤演化方程,将是高温疲劳—蠕变损伤研究的重点。     

高速永磁同步电机的转子结构强度分析研究

针对高速永磁同步电机转子结构设计及强度问题,对转子结构形式和永磁体材料的选择、轴径尺寸的确定、护套与永磁体之间的过盈配合、转子强度分析方法等方面进行了研究。开展了护套与永磁体之间过盈量的理论分析,使用解析法建立了转子动态过盈量的计算公式,提出了高速永磁同步电机转子的结构强度校核方法。在理论分析的基础上,利用ANSYS-workbench有限元软件对一台最高转速为7 2000 r/min的10 k W高速永磁同步电机的转子进行了热-结构耦合强度分析计算。研究结果表明,永磁体与护套之间的动态过盈量决定了转子的强度,该电机转子的过盈量最佳值为0.03 mm~0.05 mm,该转子设计合理可靠,可以满足设计要求;该有限元仿真方法能够方便地实现内嵌式转子的结构强度分析,为转子的结构优化设计提供一定的依据。     

组合转子疲劳-蠕变联合损伤机理研究

以某重型燃气轮机组合转子为研究对象,建立了组合转子整体损伤模型;将纯疲劳和纯蠕变的损伤研究作为基础,根据损伤力学累积模型将联合作用下的损伤变量表示为两种损伤的非线性叠加,揭示了疲劳-蠕变联合作用下组合转子的损伤机理;对疲劳-蠕变联合条件下组合转子的损伤规律进行了实验验证。结果表明,建立的整体损伤模型是正确的、有效的,可为部件损伤预测组合转子的整体损伤提供参考。     

风力发电机齿轮箱体有限元分析

风力发电齿轮箱体是风力发电机中的大型复杂零件,箱体的强度如何,直接影响到箱体内的齿轮传动能否正常进行.针对国内首个2.5MW风力发电机组,建立了其齿轮箱体的三维模型,在实体单元力学理论的基础上,以ANSYS为分析平台,利用合适的约束和加载方法对箱体进行了分析,并对箱体强度性能进行了合理的评估.通过分析,检验了设计的可行性,找到了设计的薄弱环节,提出了相应的设计关键点和改进措施.分析结果已应用于工程实际中.     

Evaluation of impact dynamics and contact forces in a hydropower rotor due to variations in damping and lateral fluid forces

Damages due to contact between the runner and the discharge ring have been observed in several hydroelectric power units. The damage can cause high repair costs of the runner and the discharge ring as well as considerable production losses.In this paper a rotor model of a 45 MW hydropower unit is used for the analysis of the rotor dynamical phenomena occurring due to contact between the runner and the discharge ring for different grades of lateral force on the turbine and bearing damping. The rotor model consists of a generator rotor and a turbine, which is connected to an elastic shaft supported by three isotropic bearings. The discrete representation of rotor model consists of 32 degrees of freedom; to increase the speed of the analysis, the size of the model was reduced with the IRS method to a system with 8 degrees of freedom.Results are presented in bifurcation diagrams, maximum contact force, Poincaré map and phase portrait. Simulations indicate that the contact forces between the turbine and the discharge ring are large, with considerable risks for serious damage as a consequence. The analysis shows that the risk for contact and damage are large for relatively small lateral turbine loads when the gap between the turbine and the discharge ring is small and the contact stiffness is high.     

汽轮机转子钢蠕变损伤的非线性超声评价

超超临界汽轮机高温部件长期服役会产生蠕变损伤,威胁设备的强度安全,快速、有效地检出高温构件蠕变损伤状况对保证设备服役安全意义重大。采用中断蠕变试验,在实验室模拟获得了汽轮机转子钢FB2不同程度的蠕变损伤,进行损伤后试样的非线性超声纵波表征试验。结果表明:非线性超声参量随转子钢FB2蠕变损伤程度的增加而增大;透射电镜微观分析表明,超声非线性参量增大与位错密度增加有关;非线性超声纵波参量与高应力水平下的位错攀移和低应力水平下的位错滑移存在较好的函数关系。进一步以位错密度为中间量,建立非线性参量22 1A A和稳态蠕变变形速率ε?的关联式。     

Monitoring low cycle fatigue damage in turbine blade using vibration characteristics

A finite element based approach is used to simulate the evolution of low cycle fatigue damage in a turbine blade. The turbine blade is modelled as a rotating Timoshenko beam with taper and twist. A damage growth model for low cycle fatigue damage developed using a continuum mechanics approach is integrated with the finite element model. Numerical results are obtained to study the effect of damage growth on the rotating frequencies. It is found that low cycle fatigue causes sufficient degradation in blade stiffness for changes in rotating frequency to be used as an indicator to track damage growth. Continuum damage mechanics models in conjunction with finite element analysis are used to develop thresholds for damage indicators. By placing suitable threshold on the frequency change, it is possible to detect the onset of the final stage of damage in the structure before failure occurs.     

冷态滑参数启动方式下的汽轮机转子热应力分析

以当前广泛应用的汽轮机冷态滑参数启动过程为重点研究工况,建立汽轮机转子的全尺寸有限元分析模型．并采用加载等效质量块的方法对其进行简化;采用工程热力学及传热学知识对汽轮机转子边界蒸汽温度和各部位的对流放热系数进行计算．将其作为边界条件加载到汽轮机转子有限元模型上。通过有限元分析软件ANSYS对转子进行温度场的计算与分析,得到温度分布规律、温差最大时刻及出现的部位;采用热应力间接耦合分析法对转子的应力场进行计算分析,得到其应力分布变化情况、等效应力最大值及出现的时刻和部位。根据分析计算结果对汽轮机在使用时应注意的问题提出了合理化建议。     

大型风力机塔架的模态与强度分析

针对大型风力机运行中塔架常见的倾斜、中间凸出、焊缝开裂等故障,利用ANSYS有限元分析软件和工程算法对其结构进行了动力特性、屈曲分析和焊缝的分析。通过塔架模态分析可以优化塔架设计,避免风机在正常工作时塔架与风轮发生共振;屈曲和焊缝分析能够保证塔架的刚度和强度满足极限工况的负荷要求,从而为塔架的结构设计提供最佳参数依据。     

转子磁通量超标对振动的干扰影响研究

针对某炼油项目中蜡油加氢汽轮机在单机试车过程中驱动端轴振动超标、停机检查时发现静态电跳量过大等问题,对该机组单机试运行时的振动频谱图和轴心轨迹图进行了判断分析,并采用大头针吸附方式对该转子进行了磁性检查,确认转子被磁化。然后通过磁感效应理论分析,进一步对电涡流传感器的工作原理、磁通量对电涡流传感器的信号干扰以及电涡流传感器与被测金属体有无磁性的关系等进行了分析研究,并建立了实验模型,模拟实验和结合实际工程应用进行论证。研究结果表明,当汽轮机转子磁通量超过API Std 612低于3高斯的标准要求时,磁通量会对该点的径向振动产生较大的信号干扰影响,采取消磁滚压再消磁的对策措施,可解决这个难题,并对类似问题具有参考意义。