[發明專利]1000MW超臨界汽輪機轉子輪槽面溫度場重構的方法

有效

• 申請號: 201010214193.2
• 申請日: 2010-06-30
• 公開（公告）號: CN101908084A
• 公開（公告）日: 2010-12-08
• 發明（設計）人: 陳明;李軍利;安慶龍;戎斌;韓冰
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;F01D5/02;B23Q17/00
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種機械切削技術領域的方法，具體是一種1000MW超臨界汽輪機轉子輪槽面溫度場重構的方法。

背景技術

轉子輪槽是連接汽輪機轉子主軸和葉片的部位，在汽輪機開機與停機過程中不僅承受來自汽輪機室內溫差產生的交變熱應力作用，同時還承受葉片對輪槽表面交變拉伸與壓縮應力的作用。苛刻的工作環境對輪槽材料提出了很高的要求，相應地轉子輪槽材料加工性較差，主要表現為切削力大、切削溫度高、刀具磨損嚴重以及已加工表面質量不高等特點。與此同時，1000MW(兆瓦)超超臨界汽輪機轉子輪槽工作環境為高溫高壓且有水蒸氣存在，輪槽承載大，輪槽的殘余應力狀態對輪槽壽命至關重要，要求末級輪槽根部距表層0.5mm(毫米)處具有300MPa(兆帕)殘余壓應力狀態。切削過程中引入的殘余應力主要來自兩方面，一部分是由材料的塑性變形引起的，另外一部分則來自于溫度引起的。前者可以通過測量切削力加以監控，而切削溫度的測量無論是實驗設備還是實驗方法都要復雜的多。1000MW超超臨界汽輪機轉子輪槽加工工藝和刀具都比較復雜，影響因素較多，且輪槽幾何形狀復雜，因而增加了其表層溫度場定量評估的難度。

關于汽輪機輪槽切削加工過程中溫度的重構，現有的技術更多關于與溫度相關的汽輪機技術集中在不同溫度條件下的汽輪機某關鍵零件疲勞壽命技術。西班牙的E.Silveira，G.Atxaga和A.M.Irisarri分析了渦輪盤在不同溫度下的疲勞壽命。

輪槽加工溫度在線測量是非常困難的，生產現場通常是操作人員通過加工過程中的噪音、火花等現象來定性地判斷刀具是否過度磨損、切削溫度是否急劇上升，然后再據此做出反應，這種反應是滯后的。相對而言在基礎實驗中定量測量切削溫度要比在線檢測容易，但切削溫度的測量容易受到實驗條件以及外部環境的干擾，且測量過程復雜、穩定性較差，因而通過理論預測切削溫度具有重要意義。

經對現有文獻檢索，至今未發現1000MW超臨界汽輪機轉子輪槽面溫度場重構方法的公開報道。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的上述不足，提供一種1000MW超臨界汽輪機轉子輪槽面溫度場重構的方法。本發明對1000MW超臨界汽輪機轉子輪槽采用先離散后擬合的方法得出了轉子輪槽整個已加工表面層的溫度場分布，并可以通過改變仿真的邊界條件優化溫度場，從而為實際生產加工提供依據。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括以下步驟：

第一步，分別取樅樹型銑刀輪廓形線上輪槽根部、中部和頂部的若干離散點作為檢測點，采用等效切削速度、等效切削厚度和等效每齒進給量的原則，得到使用標準整體式圓柱立銑刀進行標準切削實驗的等效切削速度、等效切削厚度及等效進給速度。

所述的等效切削速度，是：

其中：

n_圓是等效切削速度對應的等效轉速，n_樅是樅樹型銑刀轉速，d_樅是樅樹型銑刀直徑，d_圓是圓柱銑刀直徑，v是刀具輪廓取樣點線速度。

所述的等效切削厚度，是：

a_c＝f_z·sinθ，

其中：

a_c是等效切削厚度，f_z是每齒進給量，θ是樅樹型銑刀接觸角度，a_e樅是樅樹型銑刀側吃刀量，d_圓是圓柱銑刀直徑。

所述的等效進給速度，是：

v_f＝f_z·z·n_圓/60，

其中：v_f是等效進給速度，f_z為每齒進給量，z為標準圓柱銑刀的齒數，n_圓為等效轉速。

第二步，采用微元法建模方法，以第一步得到的等效切削速度、等效切削厚度以及等效進給速度作為邊界條件建立輪槽型面上各檢測點的等效二維正交切削模型，確定等效二維正交切削模型中的工件材料、刀具與工件材料的摩擦系數、網格劃分、載荷施加量、銑刀幾何角度、切削刃鈍圓半徑和涂層，進而得到各檢測點的有限元模擬的切削溫度。

所述的工件材料采用Johnson-Cook(杰森-庫克)本構模型模擬得到。

所述的刀具與工件材料的摩擦力是采用庫倫摩擦定律進行模擬得到。

所述的網格劃分，是：刀-屑接觸區域網格為歐拉區域，其他區域為拉格朗日區域。