大型燃气轮机涡轮叶片疲劳寿命研究

发布时间：2017-04-29 14:02

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【摘要】： 燃气轮机作为大型动力装置,广泛应用于发电及各种工业领域。燃气轮机涡轮叶片疲劳寿命问题的研究对确保热力发电设备的安全、经济运行具有重要意义。为了保证燃气轮机在服役期间的稳定性和可靠性,迫切需要对涡轮叶片的强度及疲劳寿命进行计算和校核。本文围绕燃气轮机涡轮叶片疲劳寿命计算理论及方法,对发电用大型燃气轮机涡轮叶片高温多轴低周疲劳寿命进行研究。 本文的主要内容和成果如下: 首先,在有限元软件ANSYS Workbench中,对燃气轮机涡轮叶片在离心载荷、气动载荷和热载荷的作用下,进行了热弹塑性应力、应变分析,得到涡轮叶片在其工作过程中的应力、应变分布,从而得到叶片疲劳破坏的危险点,为对叶片进行疲劳寿命评估准备了条件。 其次,对叶片榫头、齿槽在间隙配合和过盈配合两种状态下分别进行接触分析,得出叶片榫头在工作中的应力分布情况。同时,讨论了榫头、齿槽在不同过盈量下,对榫齿应力分布的影响。 最后,通过对燃气轮机涡轮叶片高温多轴非比例加载工作环境的分析,并结合当前多轴疲劳寿命研究现状,对Manson-Coffin理论和SWT方程进行修正,给出了涡轮叶片疲劳寿命新的计算方法。并且利用该方法计算了某燃气轮机涡轮叶片的疲劳/蠕变寿命。
【关键词】：涡轮叶片 疲劳寿命 载荷谱 多轴疲劳 有限元
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TK473
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-20
• 1.1 引言8-10
• 1.2 燃气轮机叶片疲劳寿命国内外研究现状10-13
• 1.3 高温多轴疲劳理论国内外研究现状13-19
• 1.4 本文的主要内容和创新点19-20
• 1.4.1 本文的主要内容19
• 1.4.2 本文的创新点19-20
• 2 涡轮叶片三维弹塑性应力应变分析20-33
• 2.1 引言20
• 2.2 涡轮叶片三维热弹性有限元应力分析原理20-22
• 2.2.1 三维问题的基本方程20
• 2.2.2 单元的位移函数和坐标变化式20-22
• 2.2.3 单元的应变和应力22
• 2.2.4 等效节点载荷22
• 2.3 涡轮叶片三维几何模型的建立22-23
• 2.4 涡轮叶片有限元模型23-25
• 2.5 涡轮叶片材料参数25-26
• 2.6 涡轮叶片计算载荷及边界条件26-30
• 2.6.1 热载荷27-28
• 2.6.2 气动载荷28
• 2.6.3 离心载荷28-29
• 2.6.4 边界条件约束29-30
• 2.7 热弹性计算结果及分析30-31
• 2.8 本章小结31-33
• 3 涡轮叶片桦头和齿槽的接触分析33-49
• 3.1 引言33
• 3.2 接触问题的基本理论基础33-35
• 3.2.1 接触问题的算法介绍34-35
• 3.3 ANSYSWorkbench软件中接触问题的分析方法35-37
• 3.3.1 ANSYS的接触分析步骤36
• 3.3.2 接触参数和求解选项的确定36-37
• 3.4 涡轮叶片榫齿与榫槽接触分析37-47
• 3.4.1 接触分析问题模型的建立37-38
• 3.4.2 材料参数38-39
• 3.4.3 计算载荷与边界条件39-40
• 3.4.4 计算结果与分析40-47
• 3.5 本章小结47-49
• 4 涡轮叶片高温多轴低周疲劳寿命分析49-64
• 4.1 引言49
• 4.2 发电用燃气轮机的工作过程及工作特点49-50
• 4.3 涡轮叶片载荷谱编制50-52
• 4.4 涡轮叶片高温多轴疲劳寿命计算理论52-56
• 4.4.1 多轴非比例循环加载下应力应变关系52-53
• 4.4.2 高温多轴疲劳寿命预测模型53-55
• 4.4.3 高温疲劳/蠕变损伤积累模型55-56
• 4.5 计算结果及分析56-63
• 4.5.1 叶片疲劳寿命计算分析56-60
• 4.5.2 疲劳寿命计算点确定60-61
• 4.5.3 叶片的蠕变损伤计算61-62
• 4.5.4 涡轮叶片疲劳/蠕变(总损伤)寿命62-63
• 4.6 本章小结63-64
• 5 结论与展望64-66
• 5.1 结论64-65
• 5.2 展望65-66
• 参考文献66-69
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况69-70
• 致谢70-71

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 白文柱;乔亚军;史健超;;海上石油平台燃气轮机发电机组带载能力影响因素分析[J];石油和化工设备;2012年11期

2 毛艳蕾;吴新跃;汤华涛;;某燃气轮机涡轮叶片的模态和疲劳分析[J];机械工程师;2013年06期

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 梁浩骞;烟气轮机叶片疲劳寿命预测[D];辽宁石油化工大学;2010年

2 于贵齐;燃气轮机涡轮叶片气动载荷与动态特性研究[D];大连理工大学;2011年

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5 曾波;某航空发动机涡轮叶片动态可靠性建模与分析[D];电子科技大学;2013年

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本文编号：334985