大型汽輪機轉(zhuǎn)子傳熱和熱應(yīng)力計算的研究.pdf

1、汽輪機是將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換成機械能的一種旋轉(zhuǎn)式原動機。與其他形式的原動機(如蒸汽機、汽油機、柴油機等)相比，汽輪機具有單機功率大、熱經(jīng)濟性高、運行安全可靠、可利用多種燃料和使用壽命長等優(yōu)點。因此，汽輪機被廣泛用于常規(guī)火電發(fā)電廠和核電站中拖動發(fā)電機來生產(chǎn)電能。另外，汽輪機可以設(shè)計成變轉(zhuǎn)速運行，用于直接驅(qū)動給水泵、風(fēng)機和船舶的螺旋槳等。可見，汽輪機是非常重要的動力機械設(shè)備，在國民經(jīng)濟中起著極其重要的作用。
　　 轉(zhuǎn)子是汽輪機的關(guān)鍵部件

2、，也是運行過程中最脆弱的部件。機組在啟動過程中，隨著蒸汽參數(shù)(溫度、壓力、流量等)發(fā)生較強烈的變化，將在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生巨大的交變熱應(yīng)力，并導(dǎo)致轉(zhuǎn)子因低周疲勞損傷而出現(xiàn)裂紋，可見，熱應(yīng)力是啟動過程需要控制的關(guān)鍵因素。為了調(diào)峰機組的安全和經(jīng)濟啟動，就必須對啟停及負(fù)荷變化等過程中的熱應(yīng)力進行監(jiān)測和控制。在計算機廣泛應(yīng)用的今天，利用微機在線監(jiān)控轉(zhuǎn)子的熱應(yīng)力，就能為機組的優(yōu)化啟動提供有效的手段和科學(xué)的依據(jù)，從目前的技術(shù)條件看，直接測量高速轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子內(nèi)

3、外表面的溫差是十分困難的，只能按照傳熱學(xué)的原理，建立數(shù)學(xué)模型，以蒸汽的汽溫、汽壓、放熱系數(shù)及金屬材料的物理特性為計算原始數(shù)據(jù)，利用微機進行轉(zhuǎn)子溫差、熱應(yīng)力的跟蹤計算。汽輪機自動控制就是以啟動過程汽輪機轉(zhuǎn)子的熱應(yīng)力為啟動速度的判斷依據(jù)，優(yōu)化機組的啟動過程。
　　 本論文在閱讀和總結(jié)大量國內(nèi)外文獻的基礎(chǔ)上，對大型汽輪機ATC系統(tǒng)進行了全面和系統(tǒng)的闡述，并根據(jù)汽輪機原理和大量運行實踐，深入剖析了汽輪機轉(zhuǎn)子溫度分布計算和應(yīng)力計算的核心內(nèi)

4、容，分別詳細(xì)推導(dǎo)了高壓缸轉(zhuǎn)子和中壓缸轉(zhuǎn)子的溫度分布計算模型，給出了實現(xiàn)細(xì)節(jié)，分析了轉(zhuǎn)子壽命和應(yīng)力之間的關(guān)系，這些工作為以后汽輪機的優(yōu)化控制奠定了堅實的基礎(chǔ)。
　　 針對兩種類型的轉(zhuǎn)子，即T型根槽式(T-Root Groove)轉(zhuǎn)子和側(cè)進式(Side-Entry Groove)溝槽轉(zhuǎn)子，本文分別推導(dǎo)了計算其相應(yīng)應(yīng)力的計算模型。從這些模型可知，轉(zhuǎn)子表面應(yīng)力的大小是與相應(yīng)的有效溫差成正比的。所以，在一定的轉(zhuǎn)子材料情況下，對應(yīng)力的控制問

5、題可以轉(zhuǎn)變?yōu)閷τ行夭畹目刂啤?br>　　 考慮到實際汽輪機轉(zhuǎn)子的溫度分布計算十分復(fù)雜，影響因素很多，如果采用多維計算模型，勢必導(dǎo)致計算量巨大，難以滿足實時在線的要求，因此合理的簡化模型是必要的。本文還給出了影響轉(zhuǎn)子溫度分布的詳細(xì)的轉(zhuǎn)子導(dǎo)熱模型。
　　 目前對實際運轉(zhuǎn)的汽輪機轉(zhuǎn)子，采用直接的應(yīng)力檢測還有比較大的困難，但通過某些溫度點的檢測以及模型的計算，控制其有效溫差，同樣可以達到對應(yīng)力控制的要求，從而實現(xiàn)對汽輪機從啟動、變負(fù)