汽轮机末叶片叶根强度分析与优化

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1、第54卷第4期汽轮机技术Vo1．54No．42012年8月TURBINETECHN0L0GYAug．2012汽轮机末叶片叶根强度分析与优化任涛，韩方亮，王坤，胡利民，黄树红，胡少文(1华中科技大学能源与动力工程学院，武汉430074；2中国长江动力公司(集团)供热汽轮机研究所，武汉430074)摘要：针对某“215mm”汽轮机封口末叶片，应用有限元方法对其强度进行分析，对有限元计算的结果进行了验证，结合分析结果，对其结构进行了优化，并对不同的优化方案进行了对比，提出了结构优化的最佳方案。关键词：汽轮机叶片；强度分析；有限元分类号：TK263．6文献标识码：A文章编号：1001

2、-5884(2012)04-0267-06．StrengthAnalysisandStructureOptimizationAboutTurbineBladeRENTao，HANFang．1iang，WANGKun，HULi．min，HUANGShu．hong，HUShao—wen(1SchoolofEnergyandPowerEngineering，HuazhongUniversityofScienceandTechnology，Wuhan430074，China；2SteamTurbineInstitute，ChinaChangjiangEnergyCorporation

3、，Wuhan430074，China)Abstract：Thestrengthanalysisaboutone‘‘215mm”finalturbinebladewasconductedinthispaperbasedonfiniteelementmethodandthefiniteelementresultswasverified．Thestructureofthebladerootwasoptimizedbasedonthestrengthanalysis，andseveraloptimizedproposalwerecomparedandoneoptimizedstruc

4、turewasrecommend．Keywords：turbineblade；stressanalysis；finiteelement0前言1原设计方案强度分析汽轮机叶片长期运行在极为复杂的工作条件下，并在运1．1几何结构和有限元网格模型行中承受着拉力、扭力和振动应力等组成的复杂应力⋯。汽1．1．1几何模型轮机的叶片通过叶根与转子上的叶轮和轮缘联接在一起作T型或双倒T型叶根是汽轮机常见的叶根形式，常用于高速旋转，对于叶片、叶轮等强度分析，最早是用建立在理论汽轮机高中压级，在这些级，封口末叶片可采用插入式的铆分析基础上的简化公式或经验公式进行分析计算的，需要对接结构，如图1所示

5、。同T型叶根相比，有销钉的铆接结构模型进行大量的简化，将叶片简化为叶根固定的变截面梁，的叶根和轮缘由销钉连接起来，销钉孔减弱了承载截面的强轮缘按作用有离心载荷的三维实体进行强度分析J。对于度和刚度，而且受力接触面l：kT型叶根要小。在汽轮机运行强度问题而言，由于叶片自身的强度问题往往涉及叶根与轮缘甚至销钉之间的相互作用，既难以通过解析方式求解，也很难以一种工程简化方法精确分析。有限元分析方法为解决这些复杂的设计分析计算问题提供了有效的手段。有限元应力分析可用于确定结构在外部载荷作用下所引起的应力应变，用于静强度校核、耐久性分析、损伤容限分析、设计阶段研制试验项目选择、关键部位

6、的确定、材料选择、强度验证试验中载荷情况确定等，同时也是整机和部件传力分析的重要依据。而使用数值计算可以通过材料的弹塑性模型、接触分析等技术对工程实际中的挤压变形、过盈装配等进行一定程度上的逼近，较好模拟工程实际的效果。本文对一种带销钉铆接结构的135MW汽轮机高压级封口末叶片进行三维有限元强度分析，基于分析结果进行结构图1插入铆接式封口末叶片一个基本扇区优化，寻求封口末叶片的最优设计方案。叶片和轮缘CAD模型收稿日期：2011—10-27作者简介：任涛(1985一)，男，硕士研究生，研究方向：热能动力设备强度分析和安全评价。