1000MW超超临界汽轮机转子寿命研究

摘要

超超临界汽轮机高压转子工作在高蒸汽参数的恶劣环境下，并且自身高速旋转，在机组参与调峰等变工况运行时，转子材料将承受极大的交变应力作用，如果运行操作不当将会给转子带来巨大的寿命损耗，因此对汽轮机转子寿命管理技术的研究意义重大。
　　本文以1000MW超超临界汽轮机高压转子为研究对象，基于弹性力学理论，并结合厂家原始的启动曲线，计算得到了高压转子各级的蒸汽参数及其换热系数，确定了转子应力有限元计算的边界条件，然后，运用大型有限元软件ANSYS分别对机组在冷态和温态启动过程中高压转子的温度场和应力场进行了计算分析，找到了在启动过程中转子应力幅值产生的位置和时刻。
　　根据有限元法计算的结果，并结合Manson-Coffin公式、雨流法、连续损伤力学理论对高压转子的低周疲劳寿命损耗和高温蠕变寿命损耗进行了计算与分析，计算结果可以为机组后续的启机方案提供参考。
　　最后基于一维有限差分法建立了汽轮机转子应力的在线计算模型，并给出了一个计算算例，通过其与有限元法计算结果的比较，发现一维有限差分法与有限元法相比虽然还存在一定误差，但因其算法简单、计算速度快、稳定性好，适合应用到汽轮机转子应力的实时在线监测系统中去。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 汽轮机寿命管理技术及研究现状

1．2．1 汽轮机寿命管理技术概述

1．2．2 国内外研究现状

1．3 本论文主要工作

第2章 汽轮机转子寿命分析的有限元理论基础

2．1 有限元法简介

2．2 转子温度场数学模型

2．2．1 单元特性分析

2．2．3 总体合成

2．3 转子应力场数学模型

2．4 本章小结

第3章 汽轮机转子启动过程的等效应力计算与分析

3．1 计算模型

3．1．1 转子几何模型

3．1．2 转子有限元模型

3．1．3 转子材料特性

3．2 边界条件

3．2．1 力学边界条件

3．2．2 热学边界条件

3．2．3 边界条件的加载

3．3 温度场和应力场的计算与分析

3．3．1 冷态启动过程计算与分析

3．3．2 温态启动过程计算与分析

3．4 本章小结

第4章 转子寿命损耗分析与计算

4．1 影响转子寿命的主要因素

4．2 低周疲劳损耗分析

4．2．1 转子低周疲劳损耗与疲劳失效机理

4．2．2 低周疲劳寿命损耗的研究方法

4．3 高温蠕变损耗分析

4．4 转子寿命损耗的计算

4．4．1 转子低周疲劳裂纹萌生寿命损耗计算

4．4．2 转子蠕变裂纹萌生寿命损耗计算

4．5 本章小结

第5章 汽轮机转子等效应力在线计算

5．1 在线计算的数学模型

5．1．1 一维不稳定导热微分方程

5．1．2 求解域离散及差分方程建立

5．1．3 转子名义等效应力的计算

5．2 在线计算算例

5．3 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢