汽轮机转子焊接三维有限元数值模型研究

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1、第39卷第1期热力透平V01．39NO．1THERMALTUR13lNEMar．2OlO2010年3月汽轮机转子焊接的三维有限元数值模型研究谢永慧，邓实，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：大功率汽轮机是火电和核电站中的关键动力设备，转子则为汽轮机中的关键部件，其安全可靠性是汽轮机正常运行的重要保证。采用焊接转子可作为解决大尺寸转子制造的有效手段，转子焊接过程中的热应力及残余应力是评估转子安全性的重要参数。文中以三维热弹塑性有限元计算理论为基础，对于一个模型转子，建立了其焊接过程热应力耦合模型，获得了焊接过程中热影响区热应力的详细分布以及随时间的

2、变化、转子焊接冷却完毕时残余应力分布及应力峰值。研究结果表明，焊接导致的高残余应力分布于焊缝区。本文的结果对控制焊接转子质量具有重要的参考价值。关键词：汽轮机；焊接转子；残余应力；有限元中图分类号：TK262文献标识码：A文章编号：1672—5549(2010)01—0012—07StudyonNumericalModelforWeldingProcessofSteamTurbineRotorBasedonThree-DimensionalFiniteElementMethodXIEYong—hui，DENGShi，ZHANGDi，FENGZhen—ping(SchoolofEn

3、ergyandPowerEngineering，Xi’anJiaotongUniversity，Xi’an710049，China)Abstract：Largepowersteamturbineisthekeymachineinnuclearandfossil—firedpowerplant．Asoneofthekeycomponentsinsteamturbine，rotor’Ssafetyandreliabilitymustbeguaranteed．WeldingisanimportantmethodtOmanufacturelargersizerotor．However，t

4、hethermalstressandtheresidualstresscausedbythehightemperatureheatsourceofsolderandthesubsequentcoolingprocedureinweldingprocessareimportantparametersfortheevaluationoftherotorsafety．Basedonthree-dimensionalthermalelasto—plasticityfiniteelementtheory，coupledthermo—mechanicalmodelforconceptualw

5、eldedrotorofsteamturbineinpowerplanthasbeendeveloped．Somenumericalresultswereobtained．suchasthermalstresswithinthermalaffectedzoneduringtheweldingprocessanditsvariationwithtime，distributionofresidualstressandthepeakstressafterfinishingcoolingprocessofrotorweldingoperation．Itisshownthatthehigh

6、residualstressresultingfromweldingprocessdistributesintheweldregion．So，theconclusionobtainedinthispaperisgreatsignificanttOcontrolweldingrotorquality．Keywords：steamturbine；weldedrotor；residualstress；finiteelement电力生产是我国能源工业的重要方向。汽轮高压转子外形尺寸为10427×2200×2200，低压机是电力系统中的重大设备，而转子则为其核心转子外形尺寸为11684×5

7、392×5392[1]，所以大部件之一，其安全可靠性在很大程度上决定汽轮功率汽轮机一般采用焊接转子结构。焊接转子的机能否正常运行。大尺寸的转子锻件制造非常困主要优点是结构紧凑、成品率高、质量和离心应力难，如秦山三期CANDU项目728MW汽轮机组小、强度高导热性能优良、热应力低、焊成整体后收稿日期：2009—11—08基金项目：教育部新世纪优秀人才支持计划项目(NCET-07—0682)作者简介：谢永慧(1971一)，男，教授，博士生导师，教育部“新世纪优秀人才”，杭州市“钱江特