反动式汽轮机转子热应力分析及寿命管理软件的设计

摘要

随着我国经济的高速发展，电力的生产和消费在国民经济中起着越来越大的作用，电网的峰谷差值日益突出，原来带额定负荷运行的大中容量机组将不能经常满负荷运行，而是参与调峰，调峰时启动停机和负荷变化非常频繁，导致汽轮机转子内部产生较大的温度梯度，会产生很大的热变形和热应力，并且部件内部也会有低周率的热交变应力，在高温条件下会引起材料的塑性变形，在转子表面产生裂纹，使得机组的寿命损耗与带基本负荷时相比大大增加，而汽轮机转子作为电力生产中的一个重要部件，其寿命的长短直接影响到整个生产链的运营状况，并且随着越来越多的大容量、高参数机组的投入运行，反动式汽轮机所占比重也变得越来越大，因此深入研究反动式机组转子的寿命损耗具有很重要的实际意义。
　　运用ANSYS有限元分析软件，对某汽轮机制造厂商150MW反动转鼓式汽轮机组转子在启动过程中的温度场和应力场进行了计算分析，建立转子二维有限元模型，设置材料热属性和单元属性，首先加载换热系数和初始条件，计算出转子的温度场，随后转变单元属性，加载材料的结构属性和温度场计算结果，进行转子应力场的计算。
　　通过转变叶片的材料为正交材料，消除离心力对热应力的抵消作用，计算结果中在调节级左右两侧拐角处的应力值与各向同性材料计算时相比大了约20MPa左右。其他表面的应力变化会根据转子叶片产生离心应力大小变化而变化，在高压缸第一级和中压缸第一级附近，其差值约为40-50MPa。此次启动用时300min，启动过程中的最大应力值出现在刚开始启动时，大小约为160MPa，远远低于转子材料的屈服极限504MPa。
　　随后在原有寿命损耗检测软件的基础上，通过PI接口的设计，改变原计算软件的计算流程，消除PI数据库的安全隐患，实现某电厂汽轮机组在线运行情况的实时监测。

目录

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致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．1．1 课题的背景及意义

1．1．2 PI数据库简介

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 本文的主要工作

2 转子热-结构耦合有限元分析理论基础

2．1 有限元分析方法简介

2．1．1 有限元分析方法的发展历程

2．1．2 有限元分析方法的基本思想

2．2 转子有限元计算

2．2．1 转子热应力计算基本公式

2．2．2 转子有限元计算方程

2．3 ANSYS软件计算热应力的过程

2．4 有限元的耦合分析

2．5 本章小结

3 转子启动过程热应力计算改进及实例

3．1 对反动转鼓式机组叶片的处理方法

3．1．1 冲动式机组的应力特点

3．2．2 反动式转鼓型转子的应力特点及处理方案

3．2 温度场与应力场计算的前处理工作

3．2．1 建立计算模型

3．2．2 转子材料选择

3．2．3 各级蒸汽参数确定

3．2．4 转子热边界条件的确定

3．2．5 监测点说明

3．2．6 启动曲线

3．3 转子温度场和应力场计算云图

3．4 结果对比与分析

3．5 本章小结

4 寿命管理软件的设计

4．1 寿命管理软件的理论基础

4．1．1 温度场数值模型

4．1．2 应力与应变计算

4．1．3 雨流法统计载荷循环

4．1．4 疲劳损耗与蠕变损耗

4．1．5 应力裕度

4．1．6 应力集中系数

4．2 寿命管理软件的系统和功能

4．3 数据流程的改进

4．4 RDBMSPI接口介绍

4．5 RDBMSPI接口设计

4．5．1 接口安装

4．5．2 SQL Server数据库中建表

4．5．3 PI数据库中建点

4．5．4 SQL声明语句

4．5．5 创建接口

4．6 实验室环境下软件测试

4．6．1 冷态启动时的软件测试

4．6．2 热态启动时的软件测试

4．7 本章小结

5 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

作者简历