[发明专利]1000MW超临界汽轮机转子轮槽面温度场重构的方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种机械切削技术领域的方法，具体是一种1000MW超临界汽轮机转子轮槽面温度场重构的方法。

背景技术

转子轮槽是连接汽轮机转子主轴和叶片的部位，在汽轮机开机与停机过程中不仅承受来自汽轮机室内温差产生的交变热应力作用，同时还承受叶片对轮槽表面交变拉伸与压缩应力的作用。苛刻的工作环境对轮槽材料提出了很高的要求，相应地转子轮槽材料加工性较差，主要表现为切削力大、切削温度高、刀具磨损严重以及已加工表面质量不高等特点。与此同时，1000MW(兆瓦)超超临界汽轮机转子轮槽工作环境为高温高压且有水蒸气存在，轮槽承载大，轮槽的残余应力状态对轮槽寿命至关重要，要求末级轮槽根部距表层0.5mm(毫米)处具有300MPa(兆帕)残余压应力状态。切削过程中引入的残余应力主要来自两方面，一部分是由材料的塑性变形引起的，另外一部分则来自于温度引起的。前者可以通过测量切削力加以监控，而切削温度的测量无论是实验设备还是实验方法都要复杂的多。1000MW超超临界汽轮机转子轮槽加工工艺和刀具都比较复杂，影响因素较多，且轮槽几何形状复杂，因而增加了其表层温度场定量评估的难度。

关于汽轮机轮槽切削加工过程中温度的重构，现有的技术更多关于与温度相关的汽轮机技术集中在不同温度条件下的汽轮机某关键零件疲劳寿命技术。西班牙的E.Silveira，G.Atxaga和A.M.Irisarri分析了涡轮盘在不同温度下的疲劳寿命。

轮槽加工温度在线测量是非常困难的，生产现场通常是操作人员通过加工过程中的噪音、火花等现象来定性地判断刀具是否过度磨损、切削温度是否急剧上升，然后再据此做出反应，这种反应是滞后的。相对而言在基础实验中定量测量切削温度要比在线检测容易，但切削温度的测量容易受到实验条件以及外部环境的干扰，且测量过程复杂、稳定性较差，因而通过理论预测切削温度具有重要意义。

经对现有文献检索，至今未发现1000MW超临界汽轮机转子轮槽面温度场重构方法的公开报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种1000MW超临界汽轮机转子轮槽面温度场重构的方法。本发明对1000MW超临界汽轮机转子轮槽采用先离散后拟合的方法得出了转子轮槽整个已加工表面层的温度场分布，并可以通过改变仿真的边界条件优化温度场，从而为实际生产加工提供依据。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：

第一步，分别取枞树型铣刀轮廓形线上轮槽根部、中部和顶部的若干离散点作为检测点，采用等效切削速度、等效切削厚度和等效每齿进给量的原则，得到使用标准整体式圆柱立铣刀进行标准切削实验的等效切削速度、等效切削厚度及等效进给速度。

所述的等效切削速度，是：

其中：

n_圆是等效切削速度对应的等效转速，n_枞是枞树型铣刀转速，d_枞是枞树型铣刀直径，d_圆是圆柱铣刀直径，v是刀具轮廓取样点线速度。

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是每齿进给量，θ是枞树型铣刀接触角度，a_e枞是枞树型铣刀侧吃刀量，d_圆是圆柱铣刀直径。

所述的等效进给速度，是：

v_f＝f_z·z·n_圆/60，

其中：v_f是等效进给速度，f_z为每齿进给量，z为标准圆柱铣刀的齿数，n_圆为等效转速。

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进给速度作为边界条件建立轮槽型面上各检测点的等效二维正交切削模型，确定等效二维正交切削模型中的工件材料、刀具与工件材料的摩擦系数、网格划分、载荷施加量、铣刀几何角度、切削刃钝圆半径和涂层，进而得到各检测点的有限元模拟的切削温度。

所述的工件材料采用Johnson-Cook(杰森-库克)本构模型模拟得到。

所述的刀具与工件材料的摩擦力是采用库伦摩擦定律进行模拟得到。

所述的网格划分，是：刀-屑接触区域网格为欧拉区域，其他区域为拉格朗日区域。