汽轮机转子应力论文

试论汽轮机起动过程温升分配对转子热应力的影响梁天赋摘要：转子热应力的分析，是汽轮机做功传输效率探究的主要分支，是提升机械做功效率，减少机械做功损耗的主要研究领域。

基于此，本文对转子热应力的分析，主要从汽轮机起动过程温升分配计算模型的视角，对转子热应力的相关因素进行归纳，以达到优化汽轮机结构设计，促进现代机械做功效率提升的目的。

关键词：汽轮机；起动温升分配；转子热应力引言机械传输是现代社会发展的主要动力来源，是社会能源供应体系不断完善的基础。

随着社会工业研究技术的不断创新，机械传输体系也在实践中不断整合。

除了实现机械整体动力技术的升级，逐步向着数字化的方向发展，同时也要注重机械动力源的功率转换情况探究，逐步形成动力传输低损耗，高比例应用的模式，这也是逐步机械设备做功恒常性传输的基础性保障。

一、转子热应力计算模型解析（一）对称性温度场计算模型转子热应力是汽轮机做功的传输主要元件，通常而言，转子热应力的产生是一组对称的力，转子做功速率与温度传输速率相同。

简单来说，就是汽轮机启动时，转子能够将外部不均匀动力条件，转换为同等的热源条件，转子这一动力传输做功的规律，应用计算公式将其表示出来为：γT/γtr=λ/pc（γ2T/γz2+γ2T/γr2+1/rγ2T/γz）。

其中γ为材料热导率，T为时间，r为半径，z为坐标值。

经过计算的数据如果呈现规律状态，则说明转子做功速率稳定，如果转子做功速率不稳定，则转子做功速率则不稳定[1]。

稳定性温度场计算模型，是汽轮器启动过程中温度分配评价最为直接的计算分析方式。

（二）应力场计算模型汽轮机启动过程中，转子热应力的分析测定，也可以通过应力场计算得到。

但与转子温度场的计算模型不同的是，应力场的计算的规律，是按照应力双趋向拉伸动态的模式进行分析，其分析模型中，一部分是转子做功初期运转的曲线变化，另一方面是平稳转动期间周期运转计算。

其计算模型稳的表达式为：1）δ=Eε（δ<δx）；2）δ=δx+Eε（ε-εx）（δ>δx）。

燃气轮机周向拉杆转子拉杆应力分析和改进设计刘昕;袁奇;欧文豪【摘要】为优化燃气轮机的拉杆组合式转子中拉杆的结构,提高转子运行安全性,建立了含10根周向均布拉杆的10级轮盘转子模型,设置了8组拉杆凸肩与拉杆孔的静态安装间隙,采用三维接触非线性有限元方法分析了拉杆应力随转速、凸肩静态安装间隙量的变化关系.在此基础上,比较了相同间隙量下凸肩数等跨距加倍和不等跨距加倍对降低拉杆应力的效果,进一步研究了各凸肩等跨距时跨距变化对拉杆应力的影响.结果表明:拉杆凸肩与拉杆孔的静态安装间隙量不影响拉杆在正常工作状态下的应力,但是影响转子升速时拉杆最大应力;随着转速升高,拉杆最大应力在不同的转速区域内存在特定变化规律;增加凸肩数、减小凸肩跨距能够有效减小拉杆最大应力,与不等跨距增加拉杆凸肩数的改进方案相比,等跨距方案降低应力效果更显著.该结论可为燃气轮机的拉杆组合式转子设计提供参考.【期刊名称】《西安交通大学学报》【年(卷),期】2016(050)010【总页数】7页(P104-110)【关键词】燃气轮机转子;周向拉杆;拉杆凸肩;应力;改进设计【作者】刘昕;袁奇;欧文豪【作者单位】西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安;西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安;ABB(中国)有限公司,100015,北京【正文语种】中文【中图分类】TK14燃气轮机是一种高温、高压燃气推动旋转机械,具有高效、洁净、安全等特性。

作为当前重型燃机转子的主要结构形式,组合式拉杆转子具有重量轻、冷却好、易装配以及轮盘材料选择灵活等优点。

周向拉杆转子作为最常用的组合式拉杆转子[1],各轮盘需要通过拉杆预紧组合而成,拉杆结构形式、预紧力选取、凸肩布置方式等会对转子整体动力学特性产生较大影响。

凸肩作为燃气轮机周向拉杆上的重要结构,其主要作用是在燃气轮机旋转时保持与轮盘接触,防止拉杆弯曲变形过大或振动过于剧烈。

目前对于燃气轮机的拉杆组合式转子,国内外发表的论文研究较多的方向是拉杆预紧力的选取原则[2-4]及其对转子动力学特性的影响[5-6],同时还有一部分学者从转子整体设计和应力应变角度进行数值模拟和实验研究:Janssen等介绍了西门子公司重型燃气轮机中心拉杆和Hirth齿连接的转子设计原则和设计中的应力评估、振动分析、转子装配和试验测试[7];上海汽轮机厂通过理论计算和试验研究了609燃机拉杆的应力情况[8];袁奇等通过理论和有限元分析计算了拉杆装配和卸载时的变形量,并分析了影响相对变形量的因素[9];李雪鹏等利用有限元模型对拉杆上含初始裂纹的组合转子进行裂纹扩展分析,得到了组合转子固有频率随裂纹尺寸的变化规律[10];Das对GE7FA转子进行了实际载荷下的三维有限元分析,得到了稳态下转子的应力分布和拉杆不同位置在加载过程中的应力变化情况[11]。

汽轮机焊接转子接头残余应力研究三：125MW及1000MW汽轮机低压焊接转子产品残余应力蔡志鹏;曹彬;潘际銮;刘霞;乔尚飞;沈红卫【摘要】在测试转子模拟件外圆、内圆、剖面处热处理前后的残余应力分布的基础上,在研究弹性槽对根部打底焊缝处残余应力的影响以及盖面焊缝下方4～5层焊道处残余应力的分布的基础上,测试了125 MW及1 000MW实际火电低压焊接转子接头处的残余应力.结果表明,实际产品残余应力的分布与模拟件相似,数值更小;不同结构均承受- 120 MPa左右的轴向压缩应力,切向应力可被忽略.相关结果对掌握焊接转子残余应力分布提供了重要参考.【期刊名称】《热力透平》【年(卷),期】2012(041)001【总页数】6页(P54-59)【关键词】焊接转子;残余应力;125 MW;1000 MW;低压转子;模拟件【作者】蔡志鹏;曹彬;潘际銮;刘霞;乔尚飞;沈红卫【作者单位】清华大学机械工程系,北京100084;清华大学机械工程系,北京100084;清华大学机械工程系,北京100084;上海电气电站设备有限公司上海汽轮机厂,上海200240;上海电气电站设备有限公司上海汽轮机厂,上海200240;上海电气电站设备有限公司上海汽轮机厂,上海200240【正文语种】中文【中图分类】TK263.61在第一、第二部分中已经对按照实际生产过程加工的模拟件热处理前后的残余应力进行了比较系统的测量和统计，应该说模拟件的残余应力水平和分布能够在相当程度上近似产品接头处的残余应力状态，但毕竟环形模拟件与实际产品焊接接头处的拘束度存在明显差异。

模拟件与实际产品残余应力的水平到底有多大差异，需要通过在实际产品中的测量研究获得［1－7］。

1 000 MW超超临界火电汽轮机低压焊接转子是具有相当制造难度且影响重大的产品，是代表上海汽轮机厂相关产品制造水平和能力的标志性产品之一，可作为核电低压焊接转子制造的有益参考。

本部分以小孔法测量了125 MW常规火电低压焊接转子和1 000 MW超超临界火电低压焊接转子焊接区的残余应力，并与模拟件的残余应力进行了比较，相关结果可作为核电低压焊接转子焊接区的残余应力状态和水平的预估，并为超超临界火电焊接低压转子的制造及服役安全性评价提供参考。

联合循环机组启停过程中汽轮机转子热应力控制与运行研究发布时间：2021-12-16T07:10:56.885Z 来源：《当代电力文化》2021年26期作者：任宏顿[导读] 联合循环机组的启停操作是十分常见且平凡的，而在启停的过程中任宏顿广州发展太平能源站有限公司 510990摘要：联合循环机组的启停操作是十分常见且平凡的，而在启停的过程中，可能会导致汽轮机的转子产生热应力。

本文通过分析转子热应力对转子的影响，进一步分析联合循环机组启停过程中汽轮机的转子热应力的有效控制。

关键词：转子热应力；联合循环机组；控制引言：联合循环机组的启停是为了满足电网调峰的要求，但其启停运行方式使得汽轮机的运行寿命出现下降，关键原因在于对转子和汽缸产生了损伤，从而影响整体运行。

1.联合循环机组汽轮机概况本文以S109FA联合循环机组的配套汽轮机为研究对象，该汽轮机设备的高压透平为12级，中压透平为9级，双向分流低压透平为6级。

其额定工况的相关参数包括：主蒸汽压力值为9.6MPa，主蒸汽温度为565.5摄氏度；再热蒸汽压力值为1.94MPa，再热蒸汽温度为565.5摄氏度。

整个汽轮机高压和中压转子都为转盘式整锻转子，而低压转子采用的则是转鼓式焊接转子，低压转子与高压、中压转子之间主要是使用刚性连接轴来进行有效连接，由于其转子的整锻结构，因此叶轮的厚度偏薄，这样的设计是为了尽可能降低外部楔形榫与叶轮之间的热应力。

叶轮与轴进行匹配的圆角半径会留有一些裕度，避免应力出现过大的集中度。

2.转子热应力对转子的影响转子热应力是温度变化所产生的，其主要是指热变形受到物体或是物体与物体之间约束影响而产生的一种应力，同时，若是某一物体本身的温度不均匀，也会产生一定热应力，其一般是在温度偏高的位置上产生压应力，而温度偏低的位置则产生拉应力，转子热应力则是转子的表面与整体平均温度之间具有一定差值而产生的。

机组处于调峰运行状态时，其会存在低频交变的热应力，而这种热应力对转子会产生一些不良影响，主要是指出现疲劳损伤或是温度过高导致的蠕变损伤，在这种情况下金属性能会降低，转子的运行寿命也会逐渐缩短，同时，转子的热应力持续时间越长、温度越高，则其产生的损失影响也会越严重。

西门子汽轮机应力控制应用论文摘要：采用西门子应力控制技术可以确定出汽轮机冷态启动最佳的主蒸汽和再热蒸汽参数以及自动选择合理的升速率，以确保运行中主要部件的应力不超限，延长机组的寿命。

同时大量节约机组冷态启动所需的时间，提高机组启动的安全性，减轻了操作人员的负担，所以西门子应力控制技术值得借鉴和推广。

0.前言对于国产的大型汽轮机组，启动一般由运行人员根据机组胀差、汽缸绝对膨胀和振动等情况人为判断，这样不可避免的延长了机组冷态启动时间，而且达不到采用机组的最佳应力水平启动，直接影响机组的寿命。

1. 采用西门子应力控制在机组启动过程中的优势布连电厂一期2×660MW工程一号机组汽轮机为上海汽轮机厂有限公司设计和制造NZK660-27.0/600/600型超超临界、一次中间再热、三缸两排汽、单轴、凝汽式、直接空冷汽轮机，设计额定功率为660MW。

由于其采用Siemens的应力计算与控制技术，在机组冷态启动时，从盘车状态到3000转定速，最短时间仅为12分钟，这在国内大型机组中实属少见。

2. 西门子应力评估器为了使启动过程中汽轮机部件的热应力在允许的范围内，需要对汽轮机的状态进行监视，控制其温度的变化。

为此，Siemens机组设有应力评估器TSE（Turbine Stress Evaluator），计算在汽轮机运行期间阀门、汽缸和转子的最大应力，并与材料的允许限值进行比较，计算出汽轮机启动、停机时的允许的温升率，以确定最佳的主蒸汽、再热蒸汽参数及汽轮机的转速和负荷变化率，以确保运行中主要部件的应力不超限，延长机组的寿命。

需要监视的主要部件有：高压主汽门阀壳，高压调门阀壳，高压汽缸，高压转子，中压转子。

测量与蒸汽接触的表面的温度和汽缸及阀体的中间温度（50%深度），通过各部件的测量和计算温度得到的温差，和材料的允许值相比较，得到各部件的温度裕度，将其中的最小温度裕度作为运行时的参考变量，输入到汽轮机控制器的设定值形成模块，控制转速和负荷的变化率，从而控制热应力。

基于解析法对600MW汽轮机转子热应力在线监测模型的研究摘要随着我国火力发电事业的快速发展，发电机组单机容量越来越大，同时电网的峰谷差也越来越大。

基于波动、间歇式新能源的并网，大规模储能容量不足的情况下，大型火电机组参与调峰和负荷变动已成为必然，机组的机动性和负荷变动能力的研究显得越来越重要。

传统火电机组将更加频繁的参与调峰的组的主要部件将会受到交变应力场、交变温度场的作用，从而对汽轮机转子造成低周疲劳以及蠕变损耗，甚至可能引发安全性事故。

由于现实工作中的汽轮机转子高速旋转，鉴于目前的测量手段，尚无法直接可靠地测量其转子温度及热应力，需要通过理论计算来解决。

对于转子温度场及热应力求解的数学模型通常分为两类: 一类是解析模型，由导热微分方程式出发，采用积分变换的方法导出温度的迭代计算公式进而求得热应力; 一类是数值模型，将转子的连续结构体离散化，采用一系列代数方程来代替微分方程，进而导出其温度及热应力的计算公式关键词：汽轮机；解析法；热应力；温度场；Based on the analytical method of 600 MW steam turbine rotor in thermal stressLine monitoring model researchABSTRACThe rapid development of the cause of the thermal power generating set more and more single capacity, at the same time, the grid peak and valley sent also more and more big. Based on the wave, intermittent of new energy grid, large-scale energy storage capacity lack, large thermal power unit load and load change in has become inevitable, units of the mobility and load change capacity is more and more important. Traditional thermal power units will be more frequencyNumerous participation of the main components of load will be alternating stress field and temperature field of alternating effect and steam turbine rotor caused low cycle fatigue and creep loss and may even cause safety accidents. Because the reality of the steam turbine rotor work high rotation speed, in view of the current measurement methods, still cannot directly measuring the reliable rotor temperature and thermal stress, need through the theoretical calculation to solve. For rotor temperature field and thermal stress by mathematical model usually divided into two kinds: one kind is analytical model of the heat conduction differential equations by of the integral transform method derived the iterative calculation formula of temperature and thermal stress obtained; A numerical model is, will the rotor continuous structures discretization, using a series of algebraic equations instead of differential equation, and thus the temperature and thermal stress calculation formula毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

基于galerkin法的汽轮机转子热应力在线计
算模型
本文基于Galerkin法提出了一种汽轮机转子热应力在线计算模型。

该模型将热应力的主要来源（温度和热膨胀）考虑在内，并同时考虑了转子的非均匀性和旋转效应。

通过对转子的几何特征和材料参数进行有效的描述，我们能够准确地预测转子的热应力分布和运行状态。

该模型的基本思想是将转子划分为多个离散单元，并建立一个对转子运行状态进行跟踪的动态微分方程组。

通过利用基函数集（如Legendre多项式）对每个单元内的温度场进行逼近，我们能够预测转子内每个单元的温度分布。

然后，我们将热膨胀考虑在内，并通过考虑转子的非均匀性和旋转效应来计算每个单元的应力分布。

最终，该模型能够通过对所需输入的温度和运行参数进行简单的计算，快速准确地计算出转子的热应力分布。

通过在线计算模型，我们能够及时了解转子的运行状态，避免潜在的设备事故，并减少停机时间和维护成本。

总之，基于Galerkin法的汽轮机转子热应力在线计算模型可以为汽轮机运行状态的监测和维护提供重要的支持，具有实际的应用前景。