低压缸末级叶片静应力分析方法技术

本发明专利技术涉及一种低压缸末级叶片静应力分析方法，包括：步骤1，获取末级叶片的计算参数；所述计算参数包括末级叶片高度、形状、叶片数量、工作转速、工作温度、叶片材料、拉筋材料、销钉材料、转子材料；步骤2，根据计算参数建立计算模型，采用循环对称算法模拟整圈装配，取叶片围带、拉筋、销钉和转子做循环对称体；步骤3，设定计算模型的边界条件及载荷；步骤4，基于计算模型对叶片进行有限元静应力分析，得到叶片应力结果。本发明专利技术针对末级叶片进行静应力分析，使叶片满足设计要求，保证机组安全稳定运行。

【技术实现步骤摘要】
低压缸末级叶片静应力分析方法
本专利技术属于火力发电
，尤其涉及一种低压缸末级叶片静应力分析方法。
技术介绍
为响应国家产业政策，火电机组深度调峰势在必行，常规热电厂冬季通常采用以热定电的方式运行，调峰能力受到热负荷的制约，现应用热电解耦技术解决此问题，热电解耦技术是供热机组在供热状态下，通过切除汽轮机低压缸部分进汽，使低压缸叶片在小容积流量下安全运行，从而达到发电和居民用热两不误的目的。机组在低压缸切除改造后末三级叶片在低负荷工况下长时间运行，对于低压切缸后末三级叶片安全运行有很多风险。首先电厂在低压缸切除改造时，为了防止在小容积流量工况下，低压末级叶片动应力升高，致使叶片发生破坏，所以需要对低压缸排汽容积流量进行限制，要求叶片在长期运行时，容积流量区间内动应力大小要满足强度与振动设计要求。汽轮机末叶片在小容积流量时，叶片流场将发生变化，叶片沿叶高的热力参数将重新分布，汽流在动叶片根部和静叶栅出口顶部区域出现脱离，形成倒流涡流区，整个汽道只有少部分有效面积通过汽流，容积流量越小，旋涡区越大，分离的相对高度就越大。其次低压切缸后叶片温度会升高到200℃以上，此时末三级叶片材料的弹性模量、材料的屈服极限都发生了变化，电厂低压切缸后温度上升，末三级叶片存在以下风险，其一，末三级叶片的应力大小、应力许用都会发生变化，所以切缸后末三级叶片在一定风险。其二若不对温度加以控制，机组动静碰磨也是问题之一。其三，叶片在温度上升后，叶片的刚度发生了变化，造成末三级叶片整圈频率的变化，在现场温度到200度以上时，末三级叶片整圈频率存在一定安全风险。其三，叶片在温度上升后，叶片膨胀，容易引起轴承标高发生变化，动静碰磨等问题。最后在低压切缸后，末三级叶片长时间在低负荷工况下运行，此时叶片根部的脱流和叶片顶部的涡流汽流中夹带的水滴随蒸汽倒流冲刷叶片，从而使末级叶片的根部以及顶部进出汽边造成水蚀，对于末级叶片，切缸后鼓风产生大量的热量，末级叶片温度提升明显，正常工况叶顶水蚀会显著降低；但因流动分离导致低压末级叶片根部在漩涡作用下回流明显，甚至会携带部分喷水冲蚀末级叶片根部出汽边；近几年由于机组调峰频繁，末级叶片根部出汽边水蚀现象已比较常见；长期运行会带来严重的安全隐患。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种低压缸末级叶片静应力分析方法，针对末级叶片进行静应力分析，使叶片满足设计要求，保证机组安全稳定运行。本专利技术提供了一种低压缸末级叶片静应力分析方法，包括：步骤1，获取末级叶片的计算参数；所述计算参数包括末级叶片高度、形状、叶片数量、工作转速、工作温度、叶片材料、拉筋材料、销钉材料、转子材料；步骤2，根据计算参数建立计算模型，采用循环对称算法模拟整圈装配，取叶片围带、拉筋、销钉和转子做循环对称体；步骤3，设定计算模型的边界条件及载荷；步骤4，基于计算模型对叶片进行有限元静应力分析，得到叶片应力结果。进一步地，所述步骤3包括：对叶片围带与围带、拉筋与拉筋孔、叶根与叶根、叶根和轮槽、销钉和叶根、销钉和轮槽之间设定接触约束，摩擦系数取0.2；在柱坐标下，对转子中心底部施加径向约束U1＝0，转子两个端面施加轴向和周向约束U2＝U3＝0；对叶片施加离心力，选择施加载荷的区域，对整个计算模型给定旋转轴，并给定3000转下的旋转角速度。借由上述方案，通过低压缸末级叶片静应力分析方法，针对末级叶片进行静应力分析，使叶片满足设计要求，保证机组安全稳定运行。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例详细说明如后。具体实施方式下面结合实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。本实施例提供了一种低压缸末级叶片静应力分析方法，包括：步骤1，利用CFD模拟对末级叶片不同负荷下的动静应力、模态及不同温度下的伸长量进行计算分析；步骤2，根据计算分析结果，判断叶片是否满足设计要求，通过使叶片满足设计要求，以保证机组低压缸末级最小流量运行的安全稳定。通过该低压缸末级叶片静应力分析方法，针对末级叶片进行CFD流体数值计算，对末级叶片动静应力及叶片模态进行分析，使叶片满足设计要求，能够保证机组安全稳定运行。在本实施例中，步骤1包括：在额定工况、排气压力为4.9KPa，流量30t/h工况、排气压力为2.2KPa，流量30t/h工况、排气压力为2.2KPa，流量40t/h工况下分析末级叶片的流动变化情况；对末级叶片进行有限元分析，建立整圈叶片模型，对末级叶片进行静力分析、模态分析以及动应力分析，以动应力为主要校核指标，校核末级叶片的安全性；根据末级叶片伸长量计算结果，分析叶片工作温度在100℃、150℃、200℃时伸长量的变化。下面对本专利技术作进一步详细说明。本实施例针对末级叶片进行CFD流体数值计算，对末级叶片动静应力及叶片模态进行分析，使叶片满足设计要求，保证机组安全稳定运行。具体包括以下内容：末级叶片不同负荷下的流体计算1、网格划分静叶和动叶网格采用ATMOptimized拓扑结构，ATMOptimized拓扑结构网格的正交性好，最大夹角与最小夹角在130°至50°之间，且易于调整，为准确捕捉所模拟工况条件下的旋涡状态及位置等信息，并综合考虑低压各级动、静叶片的具体高度，给定每支叶片所处计算域的网格节点数为45万左右。2、边界条件本实施例在数值计算中采用总能方程，湍流模型采用SST模型方程，高阶精度迎风差分格式。在差分格式的选取上，一阶精度迎风差分格式收敛较快，但对流剧烈时精度较差；二阶精度迎风差分格式在对流剧烈时精度高，但收敛较慢。采用高精度差分格式，其在对流强度较弱区域采用一阶精度迎风格式，在对流强的区域采用二阶精度迎风格式，这样既保证了计算精度，又减少了计算时间。根据热力提供相关数据及实际求解需要，在不同流量工况下，对于入口边界条件，给定总温、总压，出口边界给定静压。为准确预测负压力梯度下流体的分离量，湍流模型选取为SST模型。3、网格无关性验证为了准确模拟不同工况气动特性，理论上应尽量提高网格数量，差分方程将变成微分方式，数值解更为精确。实际上由于计算机条件的限制，无法划分出无限多网格，只能对于不同问题采取适当数量的网格。在对工程问题的数值模拟中，当网格数增加到某一数值后，再增加网格数量，计算结果的变化越来越小甚至不变，这时我们通常的做法是选择比这一数值稍大一点的网格数量对实际工况进行数值模拟，节省计算时间和计算资源。本实施例将静动叶计算域分别划分成10万、20万、25万、30万、40万、60万、95万网格，进行数值仿真计算，采用进出口总压差值作为参考值对网格无关性进行验证。在保证计算结果准确性的条件下，为了节省计算资源和提高计算效率，静动叶流计算域取约45万网格数。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低压缸末级叶片静应力分析方法，其特征在于，包括：/n步骤1，获取末级叶片的计算参数；所述计算参数包括末级叶片高度、形状、叶片数量、工作转速、工作温度、叶片材料、拉筋材料、销钉材料、转子材料；/n步骤2，根据计算参数建立计算模型，采用循环对称算法模拟整圈装配，取叶片围带、拉筋、销钉和转子做循环对称体；/n步骤3，设定计算模型的边界条件及载荷；/n步骤4，基于计算模型对叶片进行有限元静应力分析，得到叶片应力结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种低压缸末级叶片静应力分析方法，其特征在于，包括：
步骤1，获取末级叶片的计算参数；所述计算参数包括末级叶片高度、形状、叶片数量、工作转速、工作温度、叶片材料、拉筋材料、销钉材料、转子材料；
步骤2，根据计算参数建立计算模型，采用循环对称算法模拟整圈装配，取叶片围带、拉筋、销钉和转子做循环对称体；
步骤3，设定计算模型的边界条件及载荷；
步骤4，基于计算模型对叶片进行有限元静应力分析，得到叶片应力结果...

【专利技术属性】
技术研发人员：康剑南，李帅，陈培庶，徐小刚，王洪松，祝鸣远，李玮，
申请(专利权)人：大唐东北电力试验研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林;22