基于三维热弹性接触的汽轮机调节级叶片枞树型叶根轮缘结构的优化.pdf

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1、第32卷第7期动力工程学报V0L32NO．72Ol2年7月JournalofChineseSocietyofPowerEngineeringJuly2012文章编号：1674—7607(20l2)07050107中图分类号：TK262文献标识码：A学科分类号：470．30基于三维热弹性接触的汽轮机调节级叶片枞树型叶根轮缘结构的优化张明辉，张获，谢永慧(西安交通大学能源与动力工程学院，西安710049)摘要：在考虑高温热变形影响的前提下，对汽轮机调节级叶片枞树型叶根轮缘结构进行了优化研究．采用有限元分析软件Ansys的参数化设计语言APDL建立了枞树型叶根轮缘的参数化模型，以叶根轮

2、缘的8个关键尺寸作为设计变量，以叶根轮缘处最大等效应力达到最小为目标函数，应用模式搜索算法进行优化控制，对叶根轮缘结构进行多变量的优化分析，获得了使叶根轮缘处最大等效应力大幅减小的枞树型叶根轮缘优化型线．结果表明：相对于原始结构，优化后，叶根和轮缘处的最大等效应力分别降低了19．84和6．48，提高了汽轮机运行的可靠性．关键词：结构优化；有限元分析；枞树型叶根轮缘；模式搜索算法DesignOptimizationofFir-treeRootandRimforControlStageBladesConsidering3DThermo—elasticContactProblemsZH

3、ANGMinghui，ZHANGDi，XIEYong—hui(SchoolofEnergyandPowerEngineering，XianJiaotongUniversity，Xian710049，China)Abstract：Theresearchonoptimizationoffir—treerootandrimforturbinecontrolstagebladeswasconductedinconsiderationofhigh—temperaturethermaldeformation．Aparametricmodelforthefir—treerootandrimwa

4、sestablishedbasedontheparametricdesignlanguageAPDIfromthefiniteelementsoftwareAn—sys，withwhichmuhivariableoptimizationW3Scarriedoutforthestructureoftherootandrimusingpat—ternsearchalgorithm，bytaking8criticalgeometricalparametersasdesignvariablesandthemaximume—quivalentstressoftherootandrimaso

5、bectivefunction，andhenceanoptimizedstructureobtainedatthepremisethatthemaximumequivalentstresswasevidentlyreduced．Comparedwiththeoriginalstructure，themaximumequivalentstressoftheoptimizedrootandrimcanbereducedby19．84and6．48respec—tively，resultinginincreasedoperationreliabilityofsteamturbines．

6、Keywords：structureoptimization；finiteelementanalysis；fir—treerootandrim；patternsearchalgorithm随着经济的快速发展，电力需求持续增长，对发调节级位于汽轮机通流部分之首，由于大负荷、电机组的可靠性要求也不断提高．叶片作为汽轮机高温及部分进汽等因素影响，在大功率汽轮机所有的重要零部件，主要功能是将热能转化为机械能，其零部件中，调节级的工作条件是最苛刻的．枞树型安全可靠性直接影响机组的正常运行．叶根具有装卸方便、叶根轮缘承载面接近等强度、承收稿日期：2011l221修订日期：20120206作者

7、简介：张明辉(1990一)，男，河南洛阳人，硕士研究生，主要从事透平机械结构强度与振动研究．张荻(联系人)，女，甘肃兰州人，副教授，电话(Te1．)：02982668728；E—mail：zhang—di@mail．xjtu．edu．cn·502·动力工程学报第32卷载能力高等优点，因而被广泛应用于大功率汽轮机生变形而不产生应力．当存在约束或者温度变化不调节级叶片上]．目前的枞树型叶根轮缘形状多是均匀，热变形不能自由进行时，物体中就会产生应在常规状态下设计的，而调节级叶片工作在高