大功率汽轮机高温叶片蠕变特性数值研究

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1、第43卷第1期热力透平Vo1．43No．12014年3月THERMALTURBINEMar．2014大功率汔轮栅高温叶蠕变搪性数值研究谢永慧，常姣姣，张明辉，张荻，丰镇平(西安交通大学能源与动力工程学院，西安710049)摘要：近年来汽轮机朝着大功率、高参数方向快速发展，汽轮机进口蒸汽温度不断提高，导致叶片的3-作环境进一步恶化。叶片作为汽轮机的核心部件，其安全性直接影响汽轮机机组的运行状况，因此研究高温条件下叶片的强度和蠕变特性非常重要。以某大功率汽轮机高温叶片为例，构造了叶片和叶轮三维有限元模型，采用商用有限元软件ANSYS分析了离心力和温度场共同作用下的叶片热弹性应力及变形；然后

2、，应用诺顿模型分析了该叶片经历100000h蠕变历程的应力和应变。建立了完整的汽轮机叶片蠕变特性分析数值模型，研究工作为汽轮机叶片的静强度和蠕变特性研究提供了具体的方法，所得结论对于高温叶片设计具有指导意义。关键词：大功率汽轮机；叶片；有限元方法；蠕变；热弹性中图分类号：TK263．3文献标识码：A文章编号：1672—5549(2014)01—0010—07NumericalStudyonCreepPropertiesoftheHighTemperatureBladeforLargeCapacitySteamTurbinesXIEYong—hui，CHANGJiao-ji口o，ZHAN

3、GMing—hui，ZHANGDi，FENGZhen-ping(SchoolofEnergyandPowerEngineering，Xi’anJiaotongUniversity，Xi’an710049，China)Abstract：Withthedevelopmentoflargecapacityandhighparametersteamturbineandtheincreaseofinletsteamtemperature，theworkingconditionsofturbinebladesgetworse．Asthebladeisoneofthecriticalcomponen

4、tsinsteamturbine，itssecurityofturbosetisdirectlyaffectedbythereliabilityofblade．Hence，itisveryimportanttostudythebladestrengthandcreepproperties．Thebasictheoriesandtheanalysismethodsofcreepwereintroduced。Takingahightemperaturebladeofalargecapacitysteamturbineasexample．thethree—dimensionalfinitee

5、lementmodelofthebladewasbuilt．ThethermalelasticitystressanddisplacementofthebladewereanalyzedconsideringcentrifugalforceandtemperatureloadbythefiniteelementanalysissoftwareANSYS．ThentheNortonmodelwasadoptedtOsimulatethebladecreepof100000hoursandthestressandstrainofthebladewereobtained．Acompleten

6、umericalanalysismethodwasdevelopedandthespecificmethodwasprovidedforsteamturbinestaticstrengthandcreep．Theconclusionscangivesomeadvicetobladedesign．Keywords：largecapacitysteamturbine；blade；finiteelementmethod；creep；thermo—elasticity能源作为人类赖以生存和发展的物质基础，导的电力生产方式在很长时间内不会发生变化。在经济和社会发展中有着举足轻重的地位。随着从对我

7、国电力行业中装机容量的百分比预测中可我国国民经济的快速发展，社会对能源的需求量以看出，在目前及今后10年中，以化石燃料为主不断增大。根据国家发改委对我国未来能源需求的火力发电仍是我国电力能源供应的主要方和结构的预测，到2050年我国一次能源需求量将式。目前我们对化石能源的依赖仍很强，火力增加到66．57X10t标准煤⋯。在能源消费领域发电在电力行业中仍是重中之重。中，电力生产和消费占据非常重要的地位。中国无论从能源危机角度，还是从保护环境和防富