中心孔对汽轮机转子寿命的影响分析.pdf

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1、第58卷第3期2016年6月汽轮机技术TURBINETECHNOLOGYVol_58No．3Jun．2016中心孔对汽轮机转子寿命的影响分析李勇，杨明(东北电力大学能源与动力工程学院，吉林132012)摘要：通过对空心转子和实心转子的两种汽轮机转子模型，从热态启动到稳定运行期间，汽轮机转子温度场、热应力场和离心力随时间和转子半径变化规律的对比分析，以及低周疲劳寿命损耗的计算，给出中心孔对汽轮机转子运行安全性的影响。计算结果表明：中心孔的存在使转子中心内表面部位应力出现突增现象，尤以切向应力明显，同时导

2、致转子寿命损耗增加。关键词：有限元；中心孔；热应力场；寿命损耗分类号：0354文献标识码：A文章编号：1001-5884(2016)03-0165-04TheAnalysisoftheInfluenceofCentralHoleontheLifeofSteamTurbineRotorLIYong，YANGMing(SchoolofEnergyandPowerEngineering，NortheastDianliUniversity，Jilin132012，China)Abstract：Thecompa

3、risonofthetemperaturefield，thermalstressfieldandcentrifugalforcewithtimeandrotorradiusaleanalyzed，andthecalculationoflowcyclefatiguelifelossaredone，whichisbasedonthetwosteamturbinerotormodelswithcentralandnoncentralholesfromhotstatetostableoperation，ino

4、rdertoshowtheinfluenceofcentralholeontheoperationsafetyofsteamturbinerotor．Thecalculationresultsshowthatthestressofthecentralpartofthesteamturbinerotorisincreasedsharplyandthelifelossoftherotorisincreasedbecauseofthecentralhole，especiallythetangentialst

5、ress．Keywords：finiteelement；centralhole；thermalstr'-cnsfield；lifeloss0前言随着能源结构的多元化以及市场竞争日益严重，大型火电机组参与调峰运行已经成为大势所趋。由于机组参与调峰运行，致使机组面临频繁启停和变负荷等非稳态工况工作环境，由此导致汽轮机转子、汽缸、法兰等部件产生交变热应力，加剧汽轮机寿命损耗。随着汽轮机组功率的增加、转子直径的增大，变工况过程中转子的工作环境将更加恶劣，其受力更加复杂。所以，研究转子的应力场分布和寿命损耗特性

6、成为了分析汽轮机组使用寿命以及机组效率的主要手段。随着转子锻造技术的发展，使大型汽轮机转子的实心锻造成为可能，人们对实心转子和空心转子的利弊进行了探讨。文献[1—3]从转子锻造、中心孔检查和断裂力学方面，对比分析了我国采用两种类型转子的利弊。文献[4]从理论出发，分析了中心孔对转子温度场显式解析解的影响。文献[5]从转子寿命、应力腐蚀和运行维护的角度，对两种类型转子的性能进行对比分析，表明空心转子在寿命上存在缺陷。文献[6]对转子运行中各项应力进行理论分析，给出中心孔对转子应力的影响。上述文献均未分析

7、中心孔的存在，对转子应力场随半径变化规律的影响。本文利用有限元方法，通过对热态启动到稳定运行过程中有中心孔和无中心孔两种类型转子进行计算，分析中心孔收稿日期：2015-09一17基金项目：吉林省科技发展计划项目(20110409)。对转子的温度场、应力场随时间和转子半径变化规律的影响以及转子寿命损耗的影响，从而为调峰机组的安全运行和汽轮机的寿命分析提供参考。1有限元模型本文以某电厂300MW机组的汽轮机转子为参考。建模时选取调节级、高压第一级、中压第一、二级作为研究对象，并取转子轴向剖面为对称面，分别

8、建立有中心孔(中心孔直径100mm)和无中心孔的转子几何模型。在此过程中保持两种类型转子外表面结构相同、转子材料相同，以及对应位置转子直径相同。两种几何模型，如图1所示。图1两种转子模型作者简介：李勇(1964一)，男，辽宁本溪人，博士，教授，博士研究生导师。主要从事火力发电厂热经济性诊断和优化运行方面的研究。166汽轮机技术第58卷2边界条件及放热系数以一次热态启动过程为例进行计算，根据操作规程的启动要求和变工况原理，确定转子各个部位在启动过程中蒸汽的