超超临界汽轮机高温叶片强度分析

论文摘要

超超临界技术的发展,使得汽轮机的强度问题日益突出,如何准确地评估汽轮机部件的高温强度,也是目前高参数汽轮机设计和考核中的一大难题。叶片是汽轮机的核心部件之一,其安全可靠性直接影响汽轮发电机组的运行安全。针对超超临界机组大容量,高参数的特性,动叶片叶根以及转子轮槽均承受极大的应力负荷,因此,在设计阶段对汽轮机高温叶片与轮缘进行全面的强度分析和评估十分有必要性。本课题针对超超临界机组高温环境下工作的叶片的安全性需要,采用了目前在工程领域应用广泛的CFD和FEA计算理论与方法,对汽轮机叶片与轮缘进行全面的强度分析和评估。以实际汽轮机叶片的热应力求解过程为例,从其CFD求解叶型表面对流换热系数开始,说明了采用插值程序将CFD结果插值到有限元模型的过程以及该叶片在启动过程中的温度场和应力场求解方法。给出了汽轮机叶片的热应力分析规范,包括计算状态选取、计算参数的设置、计算结果的处理和评定。简单介绍了蠕变本构模型的选取、蠕变参数的拟合方法,并说明了蠕变应力的分析过程。参考相关应力评定标准,初步建立汽轮机叶片蠕变应力和变形评定标准及分析规范,提出可供设计人员参考的叶片强度评定准则。本课题的研究有利于解决超超临界机组设计中的瓶颈问题,对超超临界汽轮机现役机组的运行以及自主开发新型高参数、大容量机组的设计奠定坚实的基础、取得宝贵的借鉴经验。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的研究内容
• 第二章 基本理论及方法
• 2.1 蠕变问题的概念
• 2.2 复合应力状态下的热弹塑性蠕变的有限元求解
• 2.3 小结
• 第三章 汽轮机叶片的热应力分析
• 3.1 对流换热系数的求解
• 3.2 对流换热系数的插值处理
• 3.3 温度场计算结果
• 3.4 应力场计算结果
• 3.5 对比验证算例
• 3.6 汽轮机叶片热应力分析规范
• 3.7 小结
• 第四章 蠕变参数拟合
• 4.1 宏观蠕变参数拟合方法
• 4.2 Nimonic 80A 材料简介
• 4.3 应力-时间蠕变数据的拟合
• 4.4 蠕变应变-时间数据的拟合
• 4.5 参数A 的拟合与修正
• 4.6 Nimonic 80A 蠕变数据汇总
• 4.7 讨论
• 4.8 小结
• 第五章 汽轮机叶片的蠕变应力计算
• 5.1 有限元模型
• 5.2 高压第一级叶片蠕变应力计算结果
• 5.3 中压第一级叶片蠕变应力计算结果
• 5.4 汽轮机叶片蠕变应力计算规范
• 5.5 小结
• 第六章 总结及展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的学术论文