燃气轮机涡轮盘寿命分析和预测

本文综合介绍燃气轮机涡轮盘寿命分析和预测工作的工程意义及近十年来的研究成果和进展.重点分析了涡轮盘的工作条件,裂纹起始寿命和扩展寿命界限,榫头寿命分析的重要性,材料模拟试验参数选择及寿命预测方法中存在的问题.     

燃气轮机转子轮盘超速及预应力试验

GE公司燃气轮机转子是在高温环境下工作的高速旋转部件。分别用高强度拉杆把压气机轮盘和透平轮盘联接成压气机转子和透平转子,两者再在靠背轮处用高强度螺栓联成燃气轮机转子,从而有良好的冷却效果[1]。为了选用较低廉的金属材料,并保证轮盘的机械强度,各级透平叶轮、叶轮间距     

燃气轮机涡轮盘三维裂纹扩展分析(第1部分)

通过某型燃气轮机涡轮盘静强度分析结果,并考虑结构的几何特征,确定该涡轮盘榫槽底部冷却通气孔处和轮缘圆弧过渡处为裂纹萌生的关键位置。对涡轮盘冷却气路进口位置构造初始裂纹开展相应的裂纹扩展数值分析工作,结果表明:无论预置周向裂纹还是径向裂纹,在裂纹扩展过程中,Ⅰ型应力强度因子远大于Ⅱ型、Ⅲ型应力强度因子,起主导作用。按损伤容限检查周期规定,当该处裂纹长度小于15.77mm时,轮盘在当前设定的理想工况下不发生断裂。     

某燃气轮机高温涡轮盘的破裂转速数值预测方法研究与试验验证

为确定某燃气轮机涡轮盘的破裂转速,设计并开展了轮盘破裂转速试验,得到了其真实破裂转速,并与多种数值预测方法预测的轮盘破裂转速进行对比。结果表明：对于某型燃气轮机高温涡轮盘而言,最大应力法对破裂转速的预测精度最高,与试验转速相比,精度误差为0.9%,可以预测裂纹的起始开裂位置以及轮盘的破裂模式;极限应变法与残余变形法预测的破裂转速的精度相当,与试验转速相比,精度误差分别为4.8%和6.2%,由于有限元方法会同时计算应变和应力,因此建议优先选用应力准则预测;平均周向应力法计算相比较简便,计算时间短,但是精度较差,精度约为12.3%,可以用于粗略估计破裂转速。     

涡轮盘的三种低周循环疲劳寿命预测方法对比研究

为了确定涡轮盘的低周循环疲劳寿命,在前人研究的基础上对基于局部应力应变法的低周循环疲劳寿命计算程序的计算结果进行了验证,并将其应用于某涡轮盘的寿命评估中.分别对比分析了Morrow平均应力方程、修正的Morrow以及SWT参数模型三种方法下,输入名义主应力谱、名义等效应力谱与真实主应力应变谱的寿命计算结果.研究表明:3...     

燃气轮机涡轮盘强度寿命分析流程研究

涡轮盘是燃气轮机的关键部件,在服役过程中承受着极高的离心载荷、振动载荷和热负荷,极易失效破坏。从流程分析的全局出发,明确了不同模块的输入输出元素,建立了燃气轮机的研发流程构建方法。在此基础上以涡轮盘为研究对象,针对其典型载荷,建立了基于ABAQUS的涡轮盘强度分析流程;针对其典型失效形式,建立了包含多种试验的涡轮盘寿命分析流程;明确了强度分析和寿命分析支撑要素,并分析了要素之间的关联关系。     

涡轮轮盘榫槽的疲劳寿命试验

据《ASME Journal of Engineering for Gas Turbines and Power））2005年10月号报道，为了研究某些涡轮轮盘榫槽的裂纹，建立了具有新的低循环和高循环不干涉加载型式的试验系统，以便研究涡轮盘纵树形榫槽在高温下的低循环和高循环联合的疲劳。     

燃气轮机涡轮盘结构应力有限元分析

在某燃气轮机透平一级涡轮盘三维模型的温度和应力场计算基础上,为降低涡轮盘应力,用有限元通用程序对其作局部细网格计算研究并探讨影响因素,给出了改进设计建议,为涡轮盘的结构设计及疲劳寿命管理提供依据。     

甲型和甲-Ⅰ型发动机全新设计的第Ⅲ级涡轮转子及涡轮盘强度与寿命考核试验

本文记述了甲型和甲-Ⅰ型发动机第Ⅲ级涡轮转子和涡轮盘全新设计过程中,为配合设计、改型、定型、定寿所进行的一系列超温、超转、破裂转速以及低循环疲劳试验。试验结果已用于指导该机涡轮转子的设计、机组定型和确定轮盘的批准寿命。     

燃气轮机涡轮盘温度及应力场计算分析

用通用有限元计算程序ANSYS对某燃气轮机透平第一级涡轮盘的轴对称原模型温度和应力场进行稳态计算。计算中考虑了材料的非线性,惯性力和温度边界条件。分析了温度和应力场,根据计算结果对结构进行了修改,对修改前后的数据作了对比,提出了改进设计建议。本计算结果为涡轮盘疲劳寿命预测提供了依据。     

燃气轮机涡轮盘腔燃气入侵与封严技术研究进展

涡轮轮缘间隙燃气入侵及封严技术是燃气轮机领域研究的热点和难点问题。本文针对转-静盘腔内部流动及轮缘密封、多物理场环境下热运行轮缘间隙、封严扫吹流与主流相互作用进行综述,分析并总结了燃气入侵与封严技术的未来研究重点和发展趋势,包含非定常多模态高温燃气入侵理论、轮缘间隙大尺度涡系结构演化规律及封严扫吹流径向迁移机制及损失机理等。     

燃气轮机叶片轮盘振动特性分析

对燃气轮机关键部件－叶片轮盘的振动特性和叶片轮盘振动的国内外研究状况作一简要综述。涉及单只叶片振动、轮盘振动、叶片－轮盘耦合振动、带突肩和带冠叶片振动,以及共振和颤振等方面,同时给出了叶片和叶盘耦合系统振动特性计算分析的实例。     

某涡轮叶片热-机械疲劳寿命预测与试验验证

为了得到某燃气轮机涡轮叶片关键截面的真实寿命,设计并开展了涡轮叶片热-机械疲劳试验,获得了真实寿命数据,并基于试验结果提出了一种涡轮叶片低周疲劳与蠕变疲劳交互的寿命预测方法。首先,采用一维线弹性关系、修正公式以及循环应力应变关系3种名义应力应变处理模型计算获得了名义应变;然后,利用SWT寿命关系式预测模型预测了叶片的热-机械疲劳寿命;再将预测寿命与试验获得的真实寿命进行对比分析。研究表明：对于某型燃气轮机涡轮叶片,基于SWT预测模型的循环应力应变关系方法相比于一维线弹性关系和修正公式法预测精度最高,与试验寿命相比,预测误差在4倍分散带之内。     

涡轮盘外物损伤事故分析

本文对某型燃气轮机涡轮盘的损伤进行检查和鉴定,分析了损伤变形所给予材料的组织性能及残余应力的影响,根据使用情况提出了修复措施使损伤涡轮盘得以使用。     

燃气轮机工业的发展前景

本文主要介绍了国外燃气轮机及其联合循环技术的发展水平和今后10年世界燃气轮机工业的发展态热，以及我国当前燃气轮机工业的技术水平和存在的明显差距，指出了我国在当前有利形式下所面临的机遇和挑战。     

燃气轮机湿空气回注循环分析

讨论燃气轮机湿空气回注循环,提出分为内部和外部空气加湿回注循环两类。以部分空气回热回注循环（PRSTIG）为基础,分析了燃气初温、压比、回注比、回热比等参数对循环效率、比功的影响。通过对两类各相关循环的特点的比较、讨论,得出的结论是：湿空气回经循环可使功率提高10％～25％,热耗降低6％～15％,NOx排放量降低15％～50％．而且均可在现行装量上改造实施。     

汽轮机转子应力控制性能评估问题研究

在国产300MW汽轮机机组的滑参数停机过程数据所建立的低周疲劳损伤动态非线性模型基础上,采用多项式控制性能评估方法,对汽轮机转子以损伤为对象的控制性能进行了研究。将理论最小方差作为评估基准,通过与实际输出量的方差相除,建立了控制性能评估指标,仿真例子验证了所提方法的有效性。     

基于功率前馈的燃气轮机可转导叶角度控制规律研究

针对某型发电燃气轮机在负载突变过程中可转导叶角度与压气机转速互相耦合、控制失稳的问题,提出了“功率前馈”控制策略——即根据负载功率对可转导叶角度进行调整。首先,通过粒子群寻优算法,将压气机喘振裕度作为目标,对不同工况下的导叶角度进行寻优匹配;其次,采用“功率前馈”对燃气轮机突增负荷和甩负荷过程中的导叶角度进行调节;最后,以船用发电型间冷燃气轮机为研究对象,建立三转子燃气轮机整机模型,针对突变工况过程可转导叶角度的控制规律开展研究。结果表明：采用“功率前馈”控制模式,在突增负荷过程中,动力涡轮转速超调量减小11%,高压涡轮进口温度降低了3%;在甩负荷过程中动力涡轮转速超调量减少10%,高压涡轮进口温度超调量降低11.9%,低压压气机最小喘振裕度由0.87%提高至9.1%。     

燃气蒸汽联合循环技术的发展

讨论燃气蒸汽联合循环的发展历程,并介绍了若干种先进的联合循环,有助于人们把握联合循环技术发展的趋势。     

燃气轮机涡轮盘-片多轴低周疲劳寿命研究

针对燃气涡轮转子盘-片,考虑多轴应力对其疲劳寿命的影响。引入三种基于临界面法的多轴疲劳寿命预测模型,将临界面定义为最大破坏平面,并给出了寿命预测模型的执行步骤。结合转子盘-片实例进行了应用研究,结果显示：基于临界面法的多轴疲劳寿命预测结果具有较高的精度,其中Fatemi-Socie（FS）改进模型得到的结果与转子盘-片的实际疲劳寿命基本一致,并且模型中引入有限元计算是可行的,可以减少做一些复杂的实验。因此,研究结果具有一定的实际工程意义。