某高压涡轮转子系统静强度及疲劳可靠性分析

发布时间：2020-06-01 09:18

【摘要】： 端轴颈和轮盘是高压涡轮转子系统的关键部件,承受着复杂的循环热载荷及机械载荷,为了保证端轴颈和轮盘在使用期间的稳定性和可靠性,迫切需要对端轴颈和轮盘的静强度进行计算,并对其进行疲劳破坏分析。本文基于某项目的需要,对高压涡轮转子系统中的端轴颈和轮盘进行了静强度和疲劳可靠性研究。首先,根据厂方提供的模型图纸,使用PRO-E软件对此高压涡轮转子系统的实体模型进行绘制,包括高压涡轮叶片、涡轮轮盘、端轴颈及其连接件。由于模型的形状不规则,对其进行有限元网格划分容易出现包含奇异角的单元,这样会导致在计算过程中产生刚度矩阵奇异。为了能够顺利进行有限元计算并且不会造成计算结果不准确,本文对模型进行了适当的调整,以期能得到更好的有限元分析模型。然后,在MARC软件环境中,对高压涡轮转子系统的端轴颈和轮盘部件进行有限元计算。基于热弹塑性有限元和接触非线性有限元分析理论,对各个工作状态下的端轴颈和轮盘进行了受力分析、找出疲劳断裂危险点以及静强度校核。并且在修改了初始条件后对端轴颈和轮盘的危险点的应力应变温度情况进行了记录,为以后的可靠性分析做准备。最后,通过前述应力(应变)的分析计算结果和材料的疲劳特性,选用S-N曲线法对该高压涡轮转子系统进行了静强度和疲劳可靠度的计算。通过对此高压涡轮转子系统的强度计算和疲劳可靠性分析,得出的计算结果和提出的研究方法为提高端轴颈和轮盘的可靠性和延长工作寿命提供了一定的参考价值。
【图文】：

轮盘,实体模型,高压涡轮

3某高压涡轮转子系统的有限元计算3.1某高压涡轮转子系统模型3.1.1实体模型本文的高压涡轮转子系统包括高压涡轮叶片、涡轮轮盘、端轴颈及其连接件。轮盘与叶片在桦槽处连接，叶片数量为86个。轮盘分为两个端面，其中一端与端轴颈连接传递动力扭矩，另外一端为自由端。螺栓数量为32个。在涡轮轮盘的盘体上开有8个均压孔，使轮盘两端受压均衡。另外在盘体上还设有气封齿，在实际工作时气封齿结构与周围的结构不接触，因为气封齿结构允许有微小的气流通过。端轴颈与轮盘通过螺栓进行连接，其中一端插入轮盘轴孔中，但是两者间隙较大。另外一端设有气封齿。端轴颈上另外开有12个均压孔。

实体模型,轮盘

图3.2端轴颈实体模型Fig.3.2Entitymodelofendjournal3.1.2有限元模型由于模型的形状不规则，因而使得对模型进行的有限元划分变得十分困难。在圆角过渡等区域经常出现包含奇异角的单元，，在计算过程中会在造成刚度矩阵奇异，使计算失败，这就需要手工划分来避免奇异单元的产生。而且，在划分时，容易产生应力集中的区域采用较密的网格，同时为了减少单元的数量，需要进行疏密过渡。在模型划分后，仔细检查模型是否有缺陷存在，若模型中包含了不为人知的单元空洞、重合节点等缺陷，会造成计算结果不准确，严重的还会使计算根本偏离了预期方向，甚至使计算进行不下去。由于计算不考虑叶片部位，本文将轮盘和端轴颈结构做了部分调整:(l)去除轮盘以及端轴颈上的气封齿，它并不承受载荷并且会对网格划分产生不必要的尺寸集中。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH114

【引证文献】