百万千瓦级汽轮机转子轮槽蠕变分析

随着汽轮机进汽参数的不断提高和机组效率的提升,转子因高温而引起的蠕变失效将演变成一个大问题而亟须解决。以某百万千瓦超超临界汽轮机中压缸转子为研究对象,采用商用软件ABAQUS,计算了在多轴应力状态下的蠕变应变,并分析了可能影响转子蠕变应变的因素。计算分析表明,在当前设计状态下,转子中心以及轮槽的蠕变应变都能满足设计要求,但转子进汽端蠕变应变对温度较为敏感。所以为了使该区域温度能更加合理的分布,需要做好整机的热力及通流设计。     

超超临界汽轮机中压转子高温蠕变强度分析

对某超超临界汽轮机组中压转子稳定运行过程中的高温蠕变强度进行了有限元分析,得到了转子在稳定运行工况下的温度场、应力场和应变场,并考虑了多轴效应对蠕变强度的影响,分析了特征点连续蠕变损伤度演化规律.结果表明:多轴效应对蠕变强度有明显的影响;在稳定运行工况下的初期,转子发生了明显的应力重新分配现象;应力重新分配因素对连续蠕变损伤度演化规律有影响.     

超超临界机组高压内缸蠕变强度分析

对某超超临界机组高压内缸的高温蠕变强度进行了研究,利用ABAQUS建立了高压内缸三维有限元模型,并进行了计算分析.结果表明:在稳态工况下高压内缸最大应力低于相应温度下材料的屈服强度,未达到屈服状态;高压内缸蠕变应变发生区域主要集中在进汽口及平衡活塞处;多轴效应对蠕变考核具有重要影响,采用多轴蠕变应变进行蠕变强度考核准确度更高;高温蠕变所引起的应力松弛使得螺栓热紧力下降,对2×105 h蠕变后的高压内缸中分面汽密性产生影响.     

枞树形管束凝汽器流体弹性激振特性数值研究

为研究枞树形管束凝汽器的流动及换热特性,识别易产生流体弹性激振的高风险区,采用基于多孔介质模型的CFD方法对凝汽器在不同运行工况下的激振风险进行数值研究,获得管束区域风险系数分布.根据研究结果,当机组处于额定运行工况,凝汽器管束区域最大流速为62.7m/s,风险系数最大值为0.38;而当机组处于海水温度为10℃(冬季)...     

某超超临界汽轮机转子蠕变-疲劳损伤分析及寿命评估

工业用电需求使得汽轮机组进行频繁的启停,针对此情况,建立某1000MW超超临界机组汽轮机高压转子的有限元模型,基于Norton定理模拟其冷态启动和额定工况下的正常运行过程,研究转子在启动及运行过程中的危险点位置、温度和应力的变化规律.根据模拟计算结果,采用CDM(Continuum damage mechanics)模...     

汽轮机复杂套装转子内部应力分析

对核电汽轮机多级共用轮盘复杂套装转子的结构特征、温度环境和力载荷进行了研究,利用Abaqus有限元软件计算了装配套装转子的应力场及稳态运行工况的温度场和应力场,并分析了轮盘与主轴装配过盈量对转子安全运行的影响.结果表明:稳态运行时套装转子表面的最高温度可达250℃,从进口到出口,套装转子温度沿轴向逐渐降低,出口端的最后一个轮盘温度低于70℃;稳态运行工况下离心力载荷和热膨胀对接触面装配应力的影响较为明显;稳态运行时,装配初期过盈量产生的接触面应力减小幅度较大,但仍能保证套装转子在现有过盈量下安全运行.     

启停运行工况下超超临界机组高压缸平衡活塞区域结构强度与间隙变化分析

以机组运行历史数据为基础,考虑启停及稳态运行中的弹塑性力学和蠕变行为,应用ABAQUS有限元软件分析高压缸平衡活塞区域启停工况下的温度场、应力场及位移场分布,并选取2组节点分析平衡活塞区域启停工况下温度、应力及径向间隙的变化趋势。结果表明:启动过程中应力及径向间隙变化较大,稳态运行与停机过程中应力及径向间隙变化较小;在启动开始阶段平衡活塞中部区域径向间隙最小,但尚未产生碰摩,此径向间隙值可作为平衡活塞区域安全裕度,以供设计参考。     

超临界锅炉启动汽水分离器应力分析及数值模拟

对超临界锅炉汽水分离器变工况下的应力场进行了分析计算,探讨了在高温高压条件下蠕变变形与应力间的关系,以及存在弹性变形、塑性变形和蠕变变形时应力的计算,并使用ANASYS对某超临界锅炉汽水分离器进行了数值模拟.结果表明:在结构不连续处,即汽水分离器入口附近,局部应力最大;在机组启动初始阶段,此处的应力幅很大;而在稳定运行时,此处的应力绝对值很大,但震荡幅度很小.     

暴雨降温作用下大型U型渡槽运行期温度场分析

基于南水北调中线湍河渡槽在夏季暴雨降温工况下的仿真计算分析,初步探讨了渡槽暴雨降温时温度边界条件,并归纳了大型U型渡槽在该工况下温度场、温度应力分布规律及裂缝可能出现区域,对U型渡槽运行期的防裂有一定的参考价值.     

国产300MW汽轮机组的转子瞬态温度场分析

为了保证机组运行的经济性和安全性，依据轴对称弹性理论，同时考虑材料的物理性能随温度变化，运用ANSYS6．1大型结构有限元分析软件，对300MW机组的高中压转子在实际运行工况下进行瞬态温度场分析，为转子在不同工况下的应力分析提供理论基础。     

基于直接负载法的某水轮发电机温升试验分析

鉴于定子及转子的温升指标是水轮发电机的重要运行参数之一,采用直接负荷法对某80 MW水轮发电机进行了温升试验,因当前试验水头低机组达不到额定负荷,计算并校正了当前最大负荷工况下发电机的定子绕阻、定子铁心及转子绕阻的温升情况,并对额定负荷工况下的各部温升进行了推算,计算和推算值均满足设计要求。该研究为水轮发电机安全运行提供了技术数据。     

Structure improvement and strength finite element analysis of VHP welded rotor of 700°C USC steam turbine

The optimized structure strength design and finite element analysis method for very high pressure (VHP) rotors of the 700°C ultra-super-critical (USC) steam turbine are presented. The main parameters of steam and the steam thermal parameters of blade stages of VHP welded rotors as well as the start and shutdown curves of the steam turbine are determined. The structure design feature, the mechanical models and the typical position of stress analysis of the VHP welded rotors are introduced. The steady and transient finite element analysis are implemented for steady condition, start and shutdown process, including steady rated condition, 110% rated speed, 120% rated speed, cold start, warm start, hot start, very hot start, sliding-pressure shutdown, normal shutdown and emergency shutdown, to obtain the temperature and stress distribution as well as the stress ratio of the welded rotor. The strength design criteria and strength analysis results of the welded rotor are given. The results show that the strength design of improved structure of the VHP welded rotor of the 700°C USC steam turbine is safe at the steady condition and during the transient start or shutdown process.     

机电复合作用下发电电动机磁极连接线建模及应力分析

针对抽水蓄能机组发电电动机转子磁极连接线现有设计校核往往仅考虑单一机械应力作用,提出计及机端短路故障的机电复合作用下发电电动机磁极连接线建模及应力分析方法。首先,基于有限元方法建立某抽水蓄能机组发电电动机转子结构有限元模型,得到磁极连接线不同工况下单一机械应力结果,然后建立机端三相短路故障下发电电动机电磁场有限元模型,得到计及故障下电磁力作用的机电复合应力结果。结果表明,磁极连接线飞逸工况下承受机械应力约为额定工况时的2倍,电磁力对磁极连接线不同区域影响不均,受力方向和大小的变化规律与机械应力不同,机电复合作用下会造成磁极连接线局部应力激增。     

基于寿命分析的600MW超临界汽轮机优化运行方式研究

采用汽轮机变工况热力计算,利用有限元方法计算某型600MW超临界机组汽轮机高中压转子在不同工况下的温度场和应力场,并得到转子应力集中部位的载荷谱,然后对不同工况进行转子疲劳寿命分析。在掌握转子疲劳寿命消耗规律之后,对该型机组的汽轮机运行方式进行优化控制,通过寿命分析得出运行优化后可以满足机组的安全性和经济性,同时也能快速响应电网的调度需求。     

600MW超临界汽轮机调峰运行过程中高中压转子疲劳寿命分析

通过对某600MW超临界汽轮机高中压转子全尺寸有限元建模,根据机组实际工况的运行数据进行变工况热力计算得到准确的热力边界条件,求解不同变工况下高中压转子内部实时的温度场和应力场。计算结果表明高中压转子调节级、中压缸第一级的叶轮根部为整段转子的应力集中点。该型机组采用中压缸启动方式,冲转参数、切缸操作不当会导致调节级、中压缸第一级产生较大的寿命消耗。蒸汽温度变化的幅度和速率直接影响转子应力集中点的应力峰值大小,但是在一定范围内的温度变化对转子寿命的影响较小,在实际运行中是可以允许的。     

汽轮机转子表面温度测量的模拟试验研究

汽轮机转子表面温度是对其进行高温蠕变损伤分析及转子热应力、热疲劳分析的关键数据之一,为解决精确测量汽轮机转子表面温度的难题,通过理论与试验相结合研究了热电偶和光纤等接触式测量、红外辐射式非接触测量等不同方法的特点,及转子旋转、振动对红外方式测温的影响.结果表明:采用传统热电偶等接触式方式测量转子表面温度存在响应时间长、信号引出困难等固有缺陷;红外测温响应速度快,能够在一定程度上较准确地测量汽轮机转子的表面温度并且能长期对转子表面温度进行在线监测,转子的旋转及振动对红外测温系统影响很小.     

500MW汽轮机蒸汽冷却改造的数值分析

为了降低转子由高温蠕变导致的永久弯曲变形速率,以俄制500 MW汽轮机对称进汽结构中压转子的冷却装置为研究对象,利用Fluent软件分析了不同冷却蒸汽流量对再热蒸汽流场的干扰程度以及对机组热效率的影响.在不同冷却蒸汽温度下,对转子前两级的表面温度分布以及转子的高温蠕变速率进行了计算.结果表明:当冷却蒸汽流量在20 t/h以下时,其对再热蒸汽流场的影响很小;冷却蒸汽的最小流量应该大于0.65 t/h,否则在第一级叶轮根部会发生蒸汽逆向流动;当冷却蒸汽流量在允许范围内变化时,流量对转子的冷却效果影响不大,影响转子温度场的主要因素是冷却蒸汽温度;当冷却蒸汽温度分别为470℃、480℃和490℃时,可以分别使转子的安全运行时间延长至19.0年、14.3年和11.0年.     

柴油机活塞温度场试验研究及有限元热分析

对改进的ZH1105W型柴油机缩口四角ω燃烧系统,利用热电偶法实测了标定工况下活塞顶面、侧面和内腔共16个特征点的温度。用Pro/E建立活塞几何模型,选取热结构耦合单元,并对模型网格进行了优化,结合试验值对活塞进行热分析计算,得到活塞三维温度场、热应力场和变形。计算结果表明,在标定工况下,活塞最高温度出现在燃烧室喉部达到310.7℃,最大von Mises热应力出现在排气一侧的回油孔顶部,为68.4 MPa,最大热变形量出现在活塞顶面边缘排气口侧,达到0.328 mm,这为活塞的结构改进和优化提供了依据。     

Neuber法则在汽轮机转子寿命估算中的应用

高温大容量汽轮机在启动、停机以及负荷波动时对机组的使用寿命有很大影响。正确分析机组在多种工况下转子的应力水平和寿命损耗是当前大型机组保证安全运行及加强寿命管理中亟待解决的关键问题之一。为此,应用Neuber法则对600MW超临界机组转子进行了寿命损耗计算。计算结果表明冷态启动对转子的寿命损耗最大。