大型汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子傳熱和熱應(yīng)力計(jì)算的研究.pdf

1、汽輪機(jī)是將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的一種旋轉(zhuǎn)式原動(dòng)機(jī)。與其他形式的原動(dòng)機(jī)(如蒸汽機(jī)、汽油機(jī)、柴油機(jī)等)相比，汽輪機(jī)具有單機(jī)功率大、熱經(jīng)濟(jì)性高、運(yùn)行安全可靠、可利用多種燃料和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。因此，汽輪機(jī)被廣泛用于常規(guī)火電發(fā)電廠和核電站中拖動(dòng)發(fā)電機(jī)來(lái)生產(chǎn)電能。另外，汽輪機(jī)可以設(shè)計(jì)成變轉(zhuǎn)速運(yùn)行，用于直接驅(qū)動(dòng)給水泵、風(fēng)機(jī)和船舶的螺旋槳等?？梢?jiàn)，汽輪機(jī)是非常重要的動(dòng)力機(jī)械設(shè)備，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中起著極其重要的作用。
　　 轉(zhuǎn)子是汽輪機(jī)的關(guān)鍵部件

2、，也是運(yùn)行過(guò)程中最脆弱的部件。機(jī)組在啟動(dòng)過(guò)程中，隨著蒸汽參數(shù)(溫度、壓力、流量等)發(fā)生較強(qiáng)烈的變化，將在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生巨大的交變熱應(yīng)力，并導(dǎo)致轉(zhuǎn)子因低周疲勞損傷而出現(xiàn)裂紋，可見(jiàn)，熱應(yīng)力是啟動(dòng)過(guò)程需要控制的關(guān)鍵因素。為了調(diào)峰機(jī)組的安全和經(jīng)濟(jì)啟動(dòng)，就必須對(duì)啟停及負(fù)荷變化等過(guò)程中的熱應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。在計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用的今天，利用微機(jī)在線監(jiān)控轉(zhuǎn)子的熱應(yīng)力，就能為機(jī)組的優(yōu)化啟動(dòng)提供有效的手段和科學(xué)的依據(jù)，從目前的技術(shù)條件看，直接測(cè)量高速轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子內(nèi)

3、外表面的溫差是十分困難的，只能按照傳熱學(xué)的原理，建立數(shù)學(xué)模型，以蒸汽的汽溫、汽壓、放熱系數(shù)及金屬材料的物理特性為計(jì)算原始數(shù)據(jù)，利用微機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)子溫差、熱應(yīng)力的跟蹤計(jì)算。汽輪機(jī)自動(dòng)控制就是以啟動(dòng)過(guò)程汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的熱應(yīng)力為啟動(dòng)速度的判斷依據(jù)，優(yōu)化機(jī)組的啟動(dòng)過(guò)程。
　　 本論文在閱讀和總結(jié)大量國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)大型汽輪機(jī)ATC系統(tǒng)進(jìn)行了全面和系統(tǒng)的闡述，并根據(jù)汽輪機(jī)原理和大量運(yùn)行實(shí)踐，深入剖析了汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子溫度分布計(jì)算和應(yīng)力計(jì)算的核心內(nèi)

4、容，分別詳細(xì)推導(dǎo)了高壓缸轉(zhuǎn)子和中壓缸轉(zhuǎn)子的溫度分布計(jì)算模型，給出了實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，分析了轉(zhuǎn)子壽命和應(yīng)力之間的關(guān)系，這些工作為以后汽輪機(jī)的優(yōu)化控制奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
　　 針對(duì)兩種類(lèi)型的轉(zhuǎn)子，即T型根槽式(T-Root Groove)轉(zhuǎn)子和側(cè)進(jìn)式(Side-Entry Groove)溝槽轉(zhuǎn)子，本文分別推導(dǎo)了計(jì)算其相應(yīng)應(yīng)力的計(jì)算模型。從這些模型可知，轉(zhuǎn)子表面應(yīng)力的大小是與相應(yīng)的有效溫差成正比的。所以，在一定的轉(zhuǎn)子材料情況下，對(duì)應(yīng)力的控制問(wèn)

5、題可以轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)有效溫差的控制。
　　 考慮到實(shí)際汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的溫度分布計(jì)算十分復(fù)雜，影響因素很多，如果采用多維計(jì)算模型，勢(shì)必導(dǎo)致計(jì)算量巨大，難以滿(mǎn)足實(shí)時(shí)在線的要求，因此合理的簡(jiǎn)化模型是必要的。本文還給出了影響轉(zhuǎn)子溫度分布的詳細(xì)的轉(zhuǎn)子導(dǎo)熱模型。
　　 目前對(duì)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子，采用直接的應(yīng)力檢測(cè)還有比較大的困難，但通過(guò)某些溫度點(diǎn)的檢測(cè)以及模型的計(jì)算，控制其有效溫差，同樣可以達(dá)到對(duì)應(yīng)力控制的要求，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)汽輪機(jī)從啟動(dòng)、變負(fù)