【正文】 建立一個(gè)便捷通用的模型開發(fā)平臺(tái)是非常必要的。MPa。而停機(jī)過(guò)程則不然，中心孔處所承受的是壓應(yīng)力， 與 ，符號(hào)相反，從有被削弱的趨勢(shì)。離心切向應(yīng)力與轉(zhuǎn)子的平方成正比，任意轉(zhuǎn)速下的離心切向應(yīng)力值為 : 其中 : 一任意轉(zhuǎn)速 n下的離心切向應(yīng)力， MPa 一額定轉(zhuǎn)速 n?？傻棉D(zhuǎn)子的溫度分布表達(dá)式 : 根據(jù)轉(zhuǎn)子熱應(yīng)力與溫度分布的關(guān)系式 : 其中 : 二分別為轉(zhuǎn)子徑向、切向和軸向熱應(yīng)力。為實(shí)現(xiàn)熱應(yīng)力的在線監(jiān)測(cè)提供了便捷的方法〔 20]。因此 。蒸汽對(duì)轉(zhuǎn)子表面的放熱系數(shù)變化很大 。因此只能用試算法進(jìn)行粗略的估計(jì) 。通過(guò)傳熱方程來(lái)確定的。 JO， J1— 分別為第一類零階及一階貝塞爾函數(shù) 。 ? — 轉(zhuǎn)子材料的導(dǎo)熱率 ， k/J()。、 Rb，忽略軸向和切向的溫度分布不均勻?qū)ζ涞挠绊憽＝馕龇ㄓ?jì)算的熱應(yīng)力誤差較大，但其計(jì)算速度快，將其計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修正后，可以得到工程上所需要的精度。 即：溫度 在 在區(qū)域中應(yīng)滿足下列偏微分方程式： （ 2— 3） 式中： — 材料的導(dǎo)熱率 — 材料的密度 — 材料的比熱 除了需要滿足初始條件 外，在物體邊界條件上還應(yīng)該滿足一定的邊界條件。在工作條件下主要受力有傳遞矩引起的剪應(yīng)力、高溫高壓介質(zhì)產(chǎn)生的壓應(yīng)力、自重引起的壓應(yīng)力、交變拉、高速旋轉(zhuǎn)時(shí)葉片葉輪以及轉(zhuǎn)子質(zhì)量所產(chǎn)生的離心力、不同工況下溫差引起的熱應(yīng)力等。 η 為 蒸 汽 溫 升 率， ℃ /s。 μ 為 轉(zhuǎn) 子材料 泊 松 比 。計(jì)算結(jié)果表明 ,對(duì)于無(wú)中心孔轉(zhuǎn)子 ,因?yàn)檗D(zhuǎn)子表面應(yīng)力集中系數(shù)的存在 ,在啟動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)子表面的熱 應(yīng)力遠(yuǎn)大于轉(zhuǎn)子中心的熱應(yīng)力 ,因此運(yùn)行中主要需要控制轉(zhuǎn)子表面的低周疲勞。就研究目的而言，主要是準(zhǔn)確計(jì)算出其應(yīng)力分布。 在歐洲，近幾年來(lái)對(duì)耐高溫轉(zhuǎn)子材料的研究進(jìn)展比較大，在科學(xué)技術(shù)合作（ COST ） 501 活動(dòng)成果中，應(yīng)用新的鐵素鋼材料，已經(jīng)可以使蒸汽溫度從 540℃ 提高到 620℃，新的 COST _502 活動(dòng)將對(duì)更先進(jìn)的鐵素鋼進(jìn)行開發(fā)。研究表明 , 汽輪機(jī)的啟停運(yùn)行中的熱應(yīng)力是造成現(xiàn)代汽輪機(jī)組疲勞破壞的主要因素 , 特別是高參數(shù) , 大容量汽輪機(jī)常常因溫升速度控制不當(dāng) , 造成熱應(yīng)力過(guò)大而產(chǎn)生汽缸裂紋 , 轉(zhuǎn)子表面裂紋和轉(zhuǎn)子彎曲等設(shè)備損壞事故。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 一 類 是 數(shù)值模型， 將轉(zhuǎn) 子 的 連續(xù) 結(jié) 構(gòu) 體 離散 化，采用 一 系 列 代 數(shù)方 程 來(lái) 代 替微 分方 程 ，進(jìn) 而 導(dǎo) 出 其 溫 度及 熱 應(yīng)力 的計(jì) 算 公 式 關(guān)鍵詞 ： 汽輪機(jī) ； 解析法 ；熱應(yīng)力； 溫度場(chǎng) ； Based on the analytical method of 600 MW steam turbine rotor in thermal stressLine monitoring model research ABSTRACT he rapid development of the cause of the thermal power generating set more and more single capacity, at the same time, the grid peak and valley sent also more and more big. Based on the wave, intermittent of new energy grid, largescale energy storage capacity lack, large thermal power unit load and load change in has bee inevitable, units of the mobility and load change capacity is more and more important. Traditional thermal power units will be more frequency Numerous participation of the main ponents of load will be alternating stress field and temperature field of alternating effect and steam turbine rotor caused low cycle fatigue and creep loss and may even cause safety accidents. Because the reality of the steam turbine rotor work high rotation speed, in view of the current measurement methods, still cannot directly measuring the reliable rotor temperature and thermal stress, need through the theoretical calculation to solve. For rotor temperature field and thermal stress by mathematical model usually divided into two kinds: one kind is analytical model of the heat conduction differential equations by of the integral transform method derived the iterative calculation formula of temperature and thermal stress obtained。 傳 統(tǒng) 火 電機(jī) 組 將 更 加 頻 繁 的 參 與 調(diào) 峰的 組 的主要 部 件 將 會(huì) 受 到 交 變 應(yīng) 力 場(chǎng) 、 交 變 溫 度場(chǎng)的作用，從 而 對(duì)汽輪機(jī) 轉(zhuǎn) 子造 成 低 周 疲勞 以及 蠕 變 損 耗 ， 甚 至 可 能 引 發(fā) 安 全 性事 故 。 作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。 基 于 波 動(dòng) 、 間 歇 式 新能 源 的并 網(wǎng) ， 大 規(guī) 模 儲(chǔ) 能 容 量 不 足 的情 況下 ， 大 型 火 電機(jī) 組 參 與 調(diào) 峰 和 負(fù) 荷 變 動(dòng) 已成 為 必 然 ， 機(jī) 組 的 機(jī)動(dòng) 性和 負(fù) 荷 變動(dòng) 能 力 的研究 顯 得 越 來(lái) 越 重要 。第一級(jí)評(píng)價(jià)是無(wú) 損評(píng)價(jià)，包括電阻法等，以及正在研究中的、更為先進(jìn)的無(wú)損檢查方法 (包括 X光衍射、磁性測(cè)量、正電子湮沒、硬度和密度試驗(yàn)方法等 )，這些技術(shù)能極大地改善對(duì)裂紋形成萌芽期的損傷形態(tài)探測(cè)能力 [10， 11]。 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)汽輪機(jī)機(jī)組不斷向大容量、超臨界方向發(fā)展，對(duì)于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子溫升率對(duì)壽命和損耗的影響 [5～ 8]進(jìn)行了比較多的研究。 有限單元法起源于結(jié)構(gòu)分析，在工程技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛，幾乎所有的彈塑性結(jié)構(gòu)靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)問(wèn)題都可用它求得滿意的數(shù)值結(jié)果。 Rb 為內(nèi) 徑 。 ℃ ) 。鋼的低周疲勞曲線，如圖 5 所示。 — 材料的線脹系數(shù) 。根據(jù)一維不穩(wěn)定導(dǎo)熱微分方程求得溫度的分布。 用有限元法進(jìn)行溫度場(chǎng)計(jì)算，雖然對(duì)邊界形狀適應(yīng)性最靈活且計(jì)算精度高，但計(jì)算速度慢，難以作為實(shí)時(shí)控制汽輪機(jī)啟、停速度的溫度場(chǎng)計(jì)算方法，鑒于上述考慮，國(guó)內(nèi)外的研究工作者開發(fā)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子熱應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)多采用解析法模型，它不 僅可以滿足工程精度的要求，而且計(jì)算量小。 t0— 轉(zhuǎn)子的初始溫度， 。 r— 轉(zhuǎn)子任意半徑， m。溫度梯度是由于汽輪機(jī)啟動(dòng)、停機(jī)或負(fù)荷變動(dòng)過(guò)程中，轉(zhuǎn)子被連續(xù)加熱或冷卻而處于熱不穩(wěn)定狀態(tài)而造成的，一般說(shuō)來(lái)，汽輪機(jī)在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，不存在或只有輕微的徑向溫度梯度及熱應(yīng)力。蒸汽的流量和級(jí)內(nèi)效率都難以通過(guò)理論計(jì)算來(lái)解決 。因而需要對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的修正〔 5。以此來(lái)模擬轉(zhuǎn)子表面的溫度。 下面介紹的非線性條件下轉(zhuǎn)子溫度和熱應(yīng)力的遞推算法就是以現(xiàn)場(chǎng)可以模擬測(cè)出的轉(zhuǎn)子表面溫度為第一類邊界條件 。經(jīng)時(shí)間幾轉(zhuǎn)化為粉 2時(shí) 。 、應(yīng)力的計(jì)算 當(dāng)轉(zhuǎn)子表面溫度非線性變化時(shí) 。 式 (2一 19)為不考慮應(yīng)力集中時(shí)轉(zhuǎn)子光軸軸面當(dāng)量合成應(yīng)力，乘以熱應(yīng)力集中系數(shù) Kth，即得應(yīng)力集中部位的最大應(yīng)力值，即 : 因轉(zhuǎn)子中心孔的裂紋多為徑向裂紋，促使其擴(kuò)展的主應(yīng)力為切向應(yīng)力。 如圖 21所示為本文選取的轉(zhuǎn)子鋼疲勞特性曲線，以對(duì)數(shù)坐標(biāo)表示，橫坐標(biāo)為致裂周次 N}，縱坐標(biāo)為全應(yīng)變 4}:的一半。該模型利用遞推算法，解決了以往用解析公式計(jì)算溫度和熱應(yīng)力需要?dú)v史數(shù)據(jù)量大，難以實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)的難題，并考慮到了汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)離心力和應(yīng)力集中，建立的轉(zhuǎn)子熱應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算分析模型，計(jì)算速度快，精度高。它在 Windows98以上版本操作系統(tǒng)的支持下運(yùn)行，算法采用Fortran語(yǔ)言編寫，通過(guò)動(dòng)態(tài)鏈接文件建立 Fortran語(yǔ)言源代碼與通用算法庫(kù)和公用函數(shù)庫(kù)之間的聯(lián)系。輸入、輸出是與外部發(fā)生聯(lián)系，用來(lái)進(jìn)行信息交換的，系數(shù)是設(shè)備本身內(nèi)在的或是相對(duì)固定的參數(shù)，如 :幾何尺寸，材料物性等，用來(lái)描述設(shè)備或過(guò)程模型的特性，并可以根據(jù)需要隨時(shí)進(jìn)行修改 .開發(fā)者可以根據(jù)建模的需要，自行定義二種數(shù)據(jù)的類型和數(shù)量。模塊結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)十算法結(jié)構(gòu)，也包括輸入、輸出和系數(shù)二部分，其結(jié)構(gòu)與圖 42相同。模塊的狀態(tài)分成激活 (act)和凍結(jié)(inact)兩種，當(dāng)模型中某一模塊出現(xiàn)異常時(shí)，可將此模塊凍結(jié)，然后重新啟動(dòng)模型即可，其它模塊則不受影響，因此大大提高了模型整體運(yùn)行的穩(wěn)定性。 4)提供模型自診斷功能，增強(qiáng)了模 型調(diào)試手段。 2)外部通訊 系統(tǒng)模型作為一個(gè)對(duì)象整體存放十操作系統(tǒng)中。支持模型算法庫(kù)，可提高模型算法的通用性，便十知識(shí)積累與復(fù)用，提高設(shè)計(jì)效率。在此軟件下進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算工作，設(shè)計(jì)者的工作重點(diǎn)在十研究設(shè)備或過(guò)程的具體設(shè)計(jì)計(jì)算方法、以及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)上，無(wú)需再花大量的時(shí)間和精力用十設(shè)計(jì)計(jì)算軟件的編碼和調(diào)試上。建模過(guò)程就是以過(guò)程算法庫(kù)為基礎(chǔ)，按照實(shí)際系統(tǒng)流程，進(jìn)行模塊間的有機(jī)搭接 。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子熱應(yīng)力二維有限差分模型的計(jì)算流程如圖 4一 6。 根 據(jù) 有限元軟件 計(jì) 算 結(jié)果， 提 取 隨 時(shí) 間 變化的 中 壓 彈 性 槽 底 部 熱 應(yīng) 力 值， 得到 曲 線 如 圖 2 所示 。 c 為 轉(zhuǎn) 子材料 比 熱 ， J /( kg K 為 時(shí) 間 修 正 因 子 。 為了 簡(jiǎn) 化計(jì) 算 ， 可 以 認(rèn) 為 汽輪機(jī) 轉(zhuǎn) 子 同 一 個(gè) 部 位的 K 和 f 具 有 相同 的值 。 如 圖 6 所示 ， 繪 制 出 等 壽命 耗 損 率 下 的 溫 升 率 － 溫 升 量 曲 線， 幫 助 電廠 運(yùn) 行人 員 在 啟 動(dòng) 過(guò) 程中 適 時(shí) 的 調(diào) 整 溫 升 率 來(lái) 降低轉(zhuǎn) 子 疲勞 損 耗 。 可通 過(guò) 不同 的 溫 升 率 來(lái) 調(diào) 節(jié) ， 具 有 實(shí) 際 的 指 導(dǎo) 意 義 。為此，本文提出開發(fā)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子熱應(yīng)力與疲勞壽命損耗在線 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)火電機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)峰運(yùn)行是十分必要的。 論文密級(jí)： □ 公開 □ 保密 （ ___年 __月至 __年 __月） (保密的學(xué)位論文在解密后應(yīng)遵守此協(xié)議 ) 作者簽名： _______ 導(dǎo)師簽名： _______ _______年 _____月 _____日 _______年 _____月 _____日 獨(dú) 創(chuàng) 聲 明 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )，是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)議。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)大概持續(xù)了半年，現(xiàn)在終于到結(jié)尾了。再次對(duì)周巍老師表示衷心的感謝。 學(xué)友情深，情同兄妹。 。 在我的十幾年求學(xué)歷程里，離不開父母的鼓勵(lì)和支