２（）１９．０３科学技术创新一１５一 某型燃机动力涡轮机匣应力数值模拟分析 李岩孟凡刚丁继伟孙立权冯永志 （哈尔滨电气股份有限公司，黑龙江哈尔滨１５００２８） 摘要：为研究某型燃气轮机驱动压缩机组动力涡轮机匣是否满足强度储备要求，基于局部分析思想，考虑温度栽荷和气动 裁荷等特征因素，建立了动力涡轮的有限元热一固耦合模型，分析了动力涡轮机匣的变形、应力分布情况。研究结果表明：动力涡 轮机匣最大应力３７９．６ＭＰａ，满足设计强度储备要求；而温度是影响动力涡轮机匣形变与应力的主要因素。 关键词：动力涡轮；变形；应力；热一结构耦合；机匣 中图分类号：ＴＫ４７２ 文献标识码：Ａ 燃驱压缩机组是天然气管线中保证天然气长距离输送的核 心设备之一。动力涡轮作为燃驱压缩机组的动力输出装置，其 机匣为薄壁壳体且结构较复杂，同时承担叶片重量和叶片承受 的燃气扭矩【ｌＩ。在复杂的工作环境下长时运行，其变形和应力大 小直接影响动力涡轮运行和使用［２ ３１。目前，我国用于天然气管 道增压的燃驱压缩机组中燃气轮机几乎都为进口机组，燃气轮 机市场被ＧＥ、ＲＲ和Ｓｏｌａｒ三家供应商所瓜分。国外，燃驱压缩机 组的相关研究成果公开甚少。国内，燃气轮机研究尚存在很多 技术问题未能解决，刘星等１４１人在考虑温度的影响下对重型燃 气轮机整体铸造机匣开展了强度和刚度分析，表明温度是影响 铸造机匣刚度强度的重要因素；朱彬等［５１人以涡扇发动机高压 压气机机匣为研究对象，从静力学角度出发，求解机匣的温度场 和应力场，分析机匣的应力和变形分布以及椭圆度。刘春风等Ｉ 人提出了一种针对涡轮机匣挂钩槽疲劳寿命的试验方案，对涡 轮机匣进行数值分析，得到危险部位的应力分布和涡轮机匣挂 钩槽疲劳寿命。由以上文献可知，国内研究机构对燃气轮机的 研究已取得了一定成果，但尚缺乏针对燃驱压缩机组动力涡轮 机匣进行的系统研究。本文采用先整体计算后局部分析的思 想，对动力涡轮进行了热一固耦合计算，并根据机匣变形和应 力分布特点，对机匣的静强度进行了考核，其结果为此类型号动 力涡轮机匣设计提供了参考。 １工作原理 动力涡轮结构包含４段机匣、两级导叶片、承力支板、内导 流板及轴承箱。一级和二级导叶片以沟槽形式固定在机匣上； 动力涡轮左侧通过法兰１和法兰２连接在燃气轮机上；动力涡 轮右侧承力支板固定于轴承箱。动力涡轮受力包括：（１）气体作 用于机匣内壁所产生的壁面压力；（２）气体作用于第一级和二级 导叶片所产生的轴向力和扭矩，其等效作用在导叶片与机匣安 装沟槽接触面上；（３）气体作用于第一、二级动叶片所产生的转 子轴向推力，其等效作用在轴承安装边；（４）转子重力，其大小 １６８７０Ｎ。同时，气体与动力涡轮之间还将发生热传递。 ２有限元仿真 ２．１几何建模及网格划分 对动力涡轮进行整体建模，考虑到对称性，取１／２模型进行 分析。机匣内壁隔热材料的几何模型仅在热分析中使用，在结 构分析中不予考虑。对动力涡轮几何模型进行非结构网格划分， 单元类型为１０节点的四面体单元（ｓｏｌｉｄ１８７），单元数４４６０００，节 点数６０１ｌ２７０。 文章编号：２０９６—４３９０（２０１９）０３—００１５—０２ ２．２材料属性 动力涡轮一、二级导叶片材料为Ｋ４５２，其室温下密度为 ８．３２６ｇ·ｅｍ 、弹性模量２０６．６ＧＰａ、线膨胀系数１２．５×１０￣／Ｋ、热导 率８．７５Ｗ／ｍ·Ｋ；承力支板材料为ＧＨ７４２，其室温下的密度 ７．８ ｍ 、弹性模量１９７ＧＰａ、线膨胀系数９．９×１０ Ｋ、热导率 ８．５ｗ／ｍ·Ｋ；机匣材料为ＧＨ２０３６，其室温下密度为７．８５ｇ／ｃｉｎ ；隔 热材料为硅酸铝纤维棉，其密度１３０Ｋｇ／ｃＩＴＩ 。 ２－３约束及边界条件 对动力涡轮机匣外侧安装节进行ｚ向位移约束（ＵＺ＝Ｏ），模 型１／２对称面进行Ｙ向位移约束（ＵＹ＝０），机匣外侧肋板进行轴 向位移约束（ＵＸ＝０）。动力涡轮左侧法兰与燃气轮机法兰连接， 其连接为“柔性”连接，即允许动力涡轮机匣向左轴向膨胀，故该 位置小作约束。 将换热系数１９１及气体温度按第三类边界条件施加到机匣内 表面相应区域。动力涡轮内导流罩内壁面温度（１（；０℃），轴承箱 内壁温度（２００℃），按第一类边界条件施加。 气体对动力涡轮内壁面产生的压力、气体作用在导叶片而 产生的轴向力和扭矩Ｉ’Ｏｌ，气体作用在动叶片和转子端壁面而产 生的转子轴向力。 ３仿真结果与分析 取机匣作为研究对象，从温度分布、变形以及应力分布三方 面进行分析。 ３．１温度分析 动力涡轮人口至一级导叶片入口所对应机匣位置温度较 低，主要是由于该段机匣内壁设计了包含隔热材料的结构，阻隔 了高温燃气与机匣的对流换热。一级动叶片所对应机匣位置温 度较高，其温度接近第一、二级导叶级间气体温度，主要是该段 机匣没有上述含隔热材料的结构设计，且两级间气体换热较强。 第二级导叶片所对应机匣位置温度最高，最大值为６６１．４６ｃＩ＝，主 要是二级导叶片间气体换热较强，使二级导叶片具有接近燃气 的温度，且二级导叶片直接与机匣安装沟槽接触导热，此时机匣 该位置沿轴向温度梯度也最大。 ３．２变形分析 当仅有气体载荷作用的情况下，机匣变形均匀，变形最大值 为０．１２９ｍｍ。当仅有温度作用情况下，机匣出现了不均匀变形， 变形最大值７．２８４８ｍｍ。当气体载荷和温度的共同作用情况下， 机匣变形不均匀的趋势与仅有温度作用的情况相当，机匣总变 形最大值７．４１０６ｍｍ，机匣总变形最小值３．１２９ｍｍ，产生严重不 基金项目：典型故障动力学建模和诊断方法研究ｆ２０ｌ７一ＩＶ—ｏｏｏ８）。
２０１２年第４期 工业仪表与自动化装置 ・７７・
ＣＣＣ控制系统在首套ＰＴＡ机组中的应用
胡茜，张娜，彭洪斌
（西安陕鼓动力股份有限公司自动化技术部，西安７１００７５） 摘要：介绍了国内首套 Ａ压缩机组控制系统的配置方案与ＣＣＣ控制系统的特点，结合工艺
流程，说明了ＣＣＣ控制系统在ＰＴＡ压缩机组中的控制应用。 关键词：ＰＴＡ；压缩机组；ＣＣＣ控制系统
中图分类号：ＴＰ２７３ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１０００—０６８２（２０１２）０４—００７７—０４
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＣＣＣ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ｓｅｔ ＰＴＡ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒｔｒａｉｎ ＨＵ Ｑｉａｎ，ＺＨＡＮＧ Ｎａ，ＰＥＮＧ Ｈｏｎｇｂｉｎ （Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｘｉ’ａｒｔ Ｓｈａａｎｇｕ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｘ／’ａｒｔ ７１００７５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｔｈｅ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ｓｅｔ ｍ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ＣＣＣ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ，ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ＣＣＣ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ＰＴＡ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒｔｒａｉｎ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｕｒｉｆｉｅｄ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌｉｃ ａｃｉｄ（ＰＴＡ）；ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒｔｒａｉｎ；ＣＣＣ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ
０ 引言
随着聚脂工业的飞速发展，其原材料ＰＴＡ（精 对苯二甲酸）需求日益增加。目前，我国已经开始 大力发展ＰＴＡ生产技术及装置。在国内首套ＰＴＡ 的生产流程中，陕鼓压缩机组成为整个工艺系统的 心脏，为氧化单元化学反应提供能量，而压缩机控制 系统则是机组的“大脑”，它保证心脏正常供养，因 此更好地控制ＰＴＡ压缩机组则是装置生产安全的 重要保证。
9E燃机培训讲义之第一讲
2003.10
1
第一讲：燃气轮机基本原理及9E燃机性能型号参数
授课内容：
第一章：绪论
1）：燃气轮机发电装置的组成
2）：燃气轮机发展史
3）：我国燃气轮机工业慨况
4）：GE公司燃气轮机产品系列及其编号
第二章：燃气轮机热力学基础知识
1）：工质的状态参数
2）：理想气体状态方程
3）：功和热量
第三章：燃气轮机热力循环
1）：燃气轮机热力循环的主要技术指标
2）：燃气轮机理想简单循环
3）：燃气—蒸汽联合循环
第四章：9E燃机性能型号参数
1）：PG9171E型燃机型号简介
2）：PG9171E型燃机性能参数简介
9E燃机培训讲义之第一讲
2003.10
2
第一章 绪论
第一节 燃气轮机发电装置的组成
燃气轮机是近几十年迅速发展起来的热能动力机械。现广泛应用的是按开式循环工作的燃气轮机。它不断地由外界吸入空气，经过压气机压缩，在燃烧室中通过与燃料混合燃烧加热，产生具有较高压力的高温燃气，再进入透平膨胀作功，并把废气排入大气。输出的机械功可作为驱动动力之用。因此，由压气机、燃烧室、透平再加上控制系统及基本的辅助设备，就组成了燃气轮机装置。如果用以驱动发电机供应电力，就成了燃气轮机发电装置。
(幻灯) 9E燃机培训讲义之第一讲 2003.10
SIEMENS大功率同步电动机变频调速
培训教材
前 言
本培训教材初步介绍了电驱压缩机组西门子大功率同步电动机变频调速部分的系统构成及作用，重点解析了SIMOVERT S 控制系统的工作原理及硬件的功能，分析了西门子电驱机组在调试中出现的问题，阐述了西门子电驱机组在运行中的注意事项。
本培训教材摘录了《西门子变频调速电机系统运行规程》、《西门子变频调速电机系统维护规程》等资料的部分内容，同时借鉴了西门子电驱机组在西气东输管道应用的诸多经验。
本培训教材在编撰中存在许多不足之处请各位读者谅解，并请有关专家提出宝贵意见。
2008年9月18日
目录
1、西门子电驱压缩机组系统概述
1．1 系统构成
1．1．1隔离变压器
1．1．2浪涌阻尼柜
1．1．3电流源型变频器（Current Source Inverter简称CSI）技术简介
1．1．4 变频系统接口及控制系统
1．1．5 同步电机励磁及其控制系统
1．1．6 SIMOVERT S 控制系统硬件功能
1．1．7 滤波系统单元
1．1．8 同步电动机检测单元
1．1．9 同步电动机防爆正压通风及控制系统
1．1．10 功率单元水冷系统
1．2 设备调试中出现的问题
2、 电驱机组运行前的准备和检查
3、 电驱机组投运时的逻辑控制
4、 电驱机组运行中的检查
5、 电驱机组停机时的逻辑控制
6、 备用电驱机组的注意事项
1、 西门子电驱压缩机组系统概述
1．1 系统构成
西气东输电驱压缩机组驱动部分采用SIEMENS大功率变频调速同步电机驱动系统，压缩机仍为ROLLS-ROYCE公司制造，电驱系统电气一次部分主要由10kV断路器、浪涌阻尼电阻、隔离变压器、功率变频部分和同步电机及滤波系统组成。
其一次接线图如图所示：
