[發明專利]低壓缸末級葉片靜應力分析方法

在審

• 申請號: 202010563586.8
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111832126A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 康劍南;李帥;陳培庶;徐小剛;王洪松;祝鳴遠;李瑋
• 申請（專利權）人: 大唐東北電力試驗研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京中南長風知識產權代理事務所(普通合伙) 11674
• 代理人: 馬龍

本發明涉及一種低壓缸末級葉片靜應力分析方法，包括：步驟1，獲取末級葉片的計算參數；所述計算參數包括末級葉片高度、形狀、葉片數量、工作轉速、工作溫度、葉片材料、拉筋材料、銷釘材料、轉子材料；步驟2，根據計算參數建立計算模型，采用循環對稱算法模擬整圈裝配，取葉片圍帶、拉筋、銷釘和轉子做循環對稱體；步驟3，設定計算模型的邊界條件及載荷；步驟4，基于計算模型對葉片進行有限元靜應力分析，得到葉片應力結果。本發明針對末級葉片進行靜應力分析，使葉片滿足設計要求，保證機組安全穩定運行。

技術領域

本發明屬于火力發電技術領域，尤其涉及一種低壓缸末級葉片靜應力分析方法。

背景技術

為響應國家產業政策，火電機組深度調峰勢在必行，常規熱電廠冬季通常采用以熱定電的方式運行，調峰能力受到熱負荷的制約，現應用熱電解耦技術解決此問題，熱電解耦技術是供熱機組在供熱狀態下，通過切除汽輪機低壓缸部分進汽，使低壓缸葉片在小容積流量下安全運行，從而達到發電和居民用熱兩不誤的目的。機組在低壓缸切除改造后末三級葉片在低負荷工況下長時間運行，對于低壓切缸后末三級葉片安全運行有很多風險。

首先電廠在低壓缸切除改造時，為了防止在小容積流量工況下，低壓末級葉片動應力升高，致使葉片發生破壞，所以需要對低壓缸排汽容積流量進行限制，要求葉片在長期運行時，容積流量區間內動應力大小要滿足強度與振動設計要求。

汽輪機末葉片在小容積流量時，葉片流場將發生變化，葉片沿葉高的熱力參數將重新分布，汽流在動葉片根部和靜葉柵出口頂部區域出現脫離，形成倒流渦流區，整個汽道只有少部分有效面積通過汽流，容積流量越小，旋渦區越大，分離的相對高度就越大。

其次低壓切缸后葉片溫度會升高到200℃以上，此時末三級葉片材料的彈性模量、材料的屈服極限都發生了變化，電廠低壓切缸后溫度上升，末三級葉片存在以下風險，其一，末三級葉片的應力大小、應力許用都會發生變化，所以切缸后末三級葉片在一定風險。其二若不對溫度加以控制，機組動靜碰磨也是問題之一。

其三，葉片在溫度上升后，葉片的剛度發生了變化，造成末三級葉片整圈頻率的變化，在現場溫度到200度以上時，末三級葉片整圈頻率存在一定安全風險。其三，葉片在溫度上升后，葉片膨脹，容易引起軸承標高發生變化，動靜碰磨等問題。

最后在低壓切缸后，末三級葉片長時間在低負荷工況下運行，此時葉片根部的脫流和葉片頂部的渦流汽流中夾帶的水滴隨蒸汽倒流沖刷葉片，從而使末級葉片的根部以及頂部進出汽邊造成水蝕，對于末級葉片，切缸后鼓風產生大量的熱量，末級葉片溫度提升明顯，正常工況葉頂水蝕會顯著降低；但因流動分離導致低壓末級葉片根部在漩渦作用下回流明顯，甚至會攜帶部分噴水沖蝕末級葉片根部出汽邊；近幾年由于機組調峰頻繁，末級葉片根部出汽邊水蝕現象已比較常見；長期運行會帶來嚴重的安全隱患。

發明內容

本發明的目的是提供一種低壓缸末級葉片靜應力分析方法，針對末級葉片進行靜應力分析，使葉片滿足設計要求，保證機組安全穩定運行。

本發明提供了一種低壓缸末級葉片靜應力分析方法，包括：

步驟1，獲取末級葉片的計算參數；所述計算參數包括末級葉片高度、形狀、葉片數量、工作轉速、工作溫度、葉片材料、拉筋材料、銷釘材料、轉子材料；

步驟2，根據計算參數建立計算模型，采用循環對稱算法模擬整圈裝配，取葉片圍帶、拉筋、銷釘和轉子做循環對稱體；

步驟3，設定計算模型的邊界條件及載荷；

步驟4，基于計算模型對葉片進行有限元靜應力分析，得到葉片應力結果。

進一步地，所述步驟3包括：

對葉片圍帶與圍帶、拉筋與拉筋孔、葉根與葉根、葉根和輪槽、銷釘和葉根、銷釘和輪槽之間設定接觸約束，摩擦系數取0.2；