1000mw超超临界汽轮机中压转子热应力数值模拟研究

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1、第56卷第3期汽轮机技术Vo1．56N0．32014年6月TURBINETECHNOL0GYJun．20141000MW超超临界汽轮机中压转子热应力数值模拟研究、刘长春，杨明(哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨150046)摘要：通过引入高压缸的少量低温蒸汽，可对中压前几级转子进行局部冷却，以降低这些区域工作温度，但同时也会造成叶根、轮缘及动叶片各部分有较大的温度梯度，产生热应力，对转子的强度寿命造成较大的威胁。采用“流一热一固耦合”的方法，分别计算了有冷却和无冷却情况下转子的热应力，在有冷却情况下转子的强度寿命考核应

2、考虑转子热应力对其的影响。关键词：超超临界汽轮机；流一热一固耦合；转子热应力；数值模拟分类号：TK113文献标识码：A文章编号：1001-5884(2014)03-0192-03NumericalSimulationStudyonIPRotorThermalStress0f1000MWUltra．supercriticalSteamTurbineLIUChang．chun．YANGMing(HarbinTurbineCompanyLimited，Harbin150046，China)Abstract：Byintrodu

3、cingasmallamountofHPcylindersteamatlowtemperature，itcanbeforthepreviouslevelofIProtorcooling，inordertoreducetheseareasworkingtemperature．ButitalsocausesahJghgradientandthermalstressintheareaofroot，flangeandrotorblade．Thiswilllowerthestrengthlifeofrotorgreatly．In

4、thispaper，thethermalstressofrotoriscalculatedincoolingandwithoutcoolingconditionsbythefluid—thermal—solidcouplingmethod．Incoolingconditions，thecheckofrotorstrengthlifeshouldtakethermalstressintoconsideration．Keywords：ultra-supercritical；fluid-thermal-solidcouple

5、d；rotorthermalstress；numericalsimulation本文采用“流一热一固耦合”的方法，以1000MW汽轮机为0前言研究对象，首先采用共轭换热的方法得到叶根、轮缘及动叶片的温度分布，再将得到的温度分布通过网格节点一一对应提高主蒸汽温度是提高汽轮机组循环效率的有效途径，插值到结构有限元计算中，设定材料的比热、导热系数、线膨因而大功率汽轮机进汽参数不断提高，正逐渐由亚临界向超胀系数、密度、弹性模量、泊松比等，通过有限元计算得到叶临界、超超临界发展。主蒸汽参数的提高也带来了新的问根、轮缘及动叶片的热

6、应力。题：超临界、超超临界汽轮机的主蒸汽温度介于538℃以上，可高达600％，这使得汽轮机转子工作于较高的温度下，热疲1几何模型及边界条件劳和高温蠕变是转子面临的最主要问题⋯。由于大功率汽轮机都采用中间再热方式，因而高压缸和中压缸前主蒸汽具几何模型如图1所示，求解的流体区域有中压一级半的有相同的温度，但由于高压缸转子支撑一般位于调节级后，主流道、冷却蒸汽通道、第二级静叶隔板汽封间隙通道，固体而主蒸汽经过调节级获得了较大的温降，因而高压缸在转子区域有动叶片、中间体、叶根和轮缘部分。叶根和轮缘部分前支撑处的温度已经大大降低

7、；而对于中压缸而言，转子前的网格如图2所示，均为六面体网格。支撑一般位于第一级前，即该区域温度与再热蒸汽温度相流体计算的边界条件如表1所示，主蒸汽进口给定总温同，为机组温度最高区域，因而高温蠕变和热疲劳问题尤为总压，出口给定静压，冷却蒸汽进口给定总温总压。在流体严重。和固体的交界面处设定耦合换热，流体和固体的温度传递通由于高压缸末几级蒸汽温度已经较再热蒸汽大幅降低，过给定材料的导热系数来定义。而压力仍然较中压高，通过引入高压缸的少量低温蒸汽，可表1流场边界条件对中压前几级转子进行局部冷却，以降低这些区域的工作温度，但同

8、时也会造成叶根、轮缘及动叶片各部分有较大的温度搓度，生热应，转王的强度寿命造成较大的威胁。收稿日期：2013-04-18作者简介：刘长春(1976．)，男，工程师，现主要从事汽轮机叶片气动分析，结构强度计算。