汽轮机叶根受力状态的实验研究.pdf

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1、汽轮机叶根受力状态的实验研究ExperimentalResearchonStressStateofTurbineBladeRoot学科专业：固体力学研究生：王日操指导教师：计欣华教授天津大学机械工程学院二零一一年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日我是爱天大的！！学位论文版权使用

2、授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要电，已经成为现代生产与生活不可缺少的一部分。为了解决电力供应紧张、常规能源减少的问题，开发新型环保能源是未来的趋势。然而，就我国而言，传统的燃煤发电仍占发电总量的绝大部分，这种局面一时难以扭转。如何利用有限的资源创造出更多的能源，是摆在我们面前

3、的难题。汽轮机作为火力发电机组的主要设备，其性能左右着电力系统的能源转化效率。燃煤汽轮机的大容量化，高参数化，是汽轮机发电技术的发展方向。汽轮机的发电密度越高，容量越大，需要其排气量越大，末级叶片更长。叶片通过叶根与汽轮机转子相连，太长的叶片由于产生太大的离心力将对叶根的力学参数带来极大的挑战，充分了解叶根的受力状况及其与轮缘的接触力学状态就显得十分必要与紧迫。平面光弹性法通常用来分析叶根轮缘形状对于叶根受力状态、最大应力的位置和应力集中部位有直观的表达，但在进行定量计算时要用到剪应力差法，而等倾线的精确定位比较困难，从而引起较大的误差。利用数字图像相关方法可以很容易获得叶根模型的变形

4、场与应变场，进而得到叶根最大应力值、应力集中系数和各齿间的应力分配情况。通过添加润滑油来研究润滑条件对叶根受力状态的影响，发现润滑剂在一定程度上改善了齿间的应力分布状况。本文首次提出利用数字图像相关方法来解决接触问题，并以叶根轮缘的接触问题为对象进行了实验研究。一般情况下，接触应力集中于接触面附近很小的一个区域内，高应力区较小，应力梯度较大。润滑条件增大了接触应力的数值，接触应力与载荷在一定条件下呈分段线性关系。本文提出了有效接触长度的概念，并对三个齿的有效接触长度进行了计算，评价了接触状况。基于以上的研究结果，本文提出了齿形优化的建议。齿形优化以后，齿间最大应力与应力集中系数都有明显

5、的下降；齿形优化还大大降低了最大接触应力值以及接触区域的应力梯度。所以说，齿形优化改善了叶根的受力状况及其与轮缘的接触状态，该优化方案是可行的。关键词：应力集中接触应力数字图像相关有效接触长度齿形优化ABSTRACTElectricity,hasbecomealmostindispensableinourmodernproductionanddailylife.Now,theelectricityisshortinsupplyandconventionalenergyresourcesisshapelydecreased.Tosolvetheseproblems,theexploita

6、tionofnewenvironmentalprotectionenergymustbethetendencyinthefuture.Butforourcountry,traditionalcoal-firedpowergenerationtakesagreatpartinthewholeelectricity,anditcannotbechangedinashorttime.Howtocreatemoreenergywithlimitedresourcesisthemostdifficultproblemwemustfaceto.Asanimportantpartofthegener

7、atorset,thepropertyofthesteamturbinecontrolstheenergyconversionefficiency.High-capacityandhighparameterarethedirectionofthepowertechnique.Thehigherthepowerdensityis,andthelargerthecapacityis,thebiggertheenginedisplacement,th