[发明专利]一种大型全转速汽轮机中压缸双T叶片与转子轮槽应力优化方法

说明书

一种大型全转速汽轮机中压缸双T叶片与转子轮槽应力优化方法，属于汽轮机双T型叶根和轮槽结构设计领域。本发明解决了双T叶根和轮槽线胀系数不同导致叶根两齿受力不均导致叶根轮槽第一齿的应力过大的问题。本发明用于改变大型全转速汽轮机中压缸叶片与转子轮槽的结构，采用建模软件UG中建立实体模型，再利用网格软件ANSA绘制网格模型，导入有限元计算软件ABAQUS进行有限元设置计算，选出最小峰值应力对应侧参数，实现对大型全转速汽轮机中压缸叶片与转子轮槽之间应力的优化。适用于对对大型全转速汽轮机中压缸双T叶片与转子轮槽应力进行优化。

技术领域

本发明属于汽轮机双T型叶根和轮槽结构设计领域。

背景技术

汽轮机中压第一级叶片因温度高，材料许用应力小而带来强度问题，使得无法直接采用普通单T型叶根，以往采用枞树型叶根来保证强度安全要求，但是枞树型叶根占用空间大，结构复杂，加工困难，需要尝试采用双T型叶根来代替。

但是在设计中发现双T叶片的叶根在受力时出现两齿受力比例不合理的问题，双T叶片的叶根在工作时，由于叶根和轮槽的线胀系数不同，叶根线胀系数大，相当于拉长了叶根颈部，结果导致叶根只有第一齿和轮槽接触，叶根第二齿基本属于悬空状态，接触应力很小，叶根第二齿的倒圆处的应力集中峰值也很小。这样双T叶根的第一齿承担了较大的力，导致叶根第一齿倒圆处的应力集中很大，双T叶根失去了原本的结构优势，工作受力环境恶劣。因此需要降低叶根和轮槽应力。

目前解决问题的主要方法有：1)从材料入手，选用性能更优的叶根和转子材料；但这种方法成本较高，不推荐使用；2)采用冷却蒸汽冷却第一级动叶，但是这种方法采用的冷却结构复杂，会增加通流结构复杂程度并且降低整个机组效率。

发明内容

本发明的目的是为了解决双T叶根和轮槽线胀系数不同导致叶根两齿受力不均导致叶根轮槽第一齿的应力过大的问题。提出了一种大型全转速汽轮机中压缸叶片与转子轮槽应力优化方法。

本发明所述的一种大型全转速汽轮机中压缸叶片与转子轮槽应力优化方法，该方法用于改变大型全转速汽轮机中压缸叶片与转子轮槽的结构，实现对大型全转速汽轮机中压缸叶片与转子轮槽之间应力的优化；

所述大型全转速汽轮机中压缸的多个叶片等间隔排列成圆型，每个叶片1的顶端均固定有一个围带4；叶片1的底部为叶根，所述叶根依次由第一根颈5、中间体6、第二根颈7、第一根齿8、第三根颈9和第二根齿10由上到下一体成型；

所述叶根插接在转子轮槽2内，所述叶根底端与转子轮槽之间塞有填隙条；所述填隙条用于缓解叶根底端与转子轮槽2之间的应力；

该方法具体包括：

步骤一、根据双T型叶根和轮槽设计要求，在建模软件UG中建立实体模型；

步骤二、对步骤一所述的实体模型中的参数进行设定；所述参数包括固定参数和变量参数；

步骤三、将步骤二设定完参数的实体模型导入网格软件ANSA绘制网格模型；

步骤四、把步骤三中绘制的网格模型导入有限元计算软件ABAQUS进行有限元设置计算；获得模型的应力峰值；记录获得的应力峰值和所对应的变量参数的取值；

步骤五、判断变量参数是否均为最大值，若是，则选出所有变量参数变化过程中最小应力峰值对应的变量作为最优变量值，实现对大型全转速汽轮机中压缸叶片与转子轮槽应力优化，否则，执行步骤六；

步骤六、将未达到最大值的变量参数依次逐步增大，每个变量参数每增大一次返回执行步骤二至步骤四，直至变化的变量参数达到均最大值，执行步骤五。

进一步地，固定参数包括：中间体与转子轮槽轴向间隙a、邻叶片的围带之间的距离d和相邻叶片的叶根之间的距离e；