【正文】 四年的風(fēng)風(fēng)雨雨，我們一同走過，充滿著關(guān)愛，給我留下了值得珍藏的最美好的記憶。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我大學(xué)四年學(xué)習(xí)下來最好的檢驗(yàn)。 為了成功開發(fā)針對(duì)某電廠 600MW調(diào)峰機(jī)組的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子熱應(yīng)力與疲勞壽命損耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，得出結(jié)熱應(yīng)力與疲勞壽命損耗評(píng)估的最新成果，針對(duì)特定分析對(duì)象建立了熱應(yīng)力在線分析系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，奠定了熱應(yīng)力在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開發(fā)的理論基礎(chǔ)。 當(dāng) 啟 動(dòng) 或者 調(diào) 峰時(shí)由 固 定 的 溫 升 量， 機(jī) 組 運(yùn) 行 人 員 可 以 通 過 選 定 不同 的 溫 升 率，查 本 次 啟 機(jī) 或者 調(diào) 峰 造 成 的 轉(zhuǎn) 子 壽命 損 耗 。 τ 為 時(shí) 間 ， min。 數(shù)值模擬計(jì)算 汽輪機(jī) 運(yùn) 行 時(shí) ， 轉(zhuǎn) 子 表 面 的 蒸 汽 與 轉(zhuǎn) 子 進(jìn) 行 熱 量 交 換 ， 導(dǎo)致 轉(zhuǎn) 子 體 溫 度分 布不斷 改 變 。 5)仿真試驗(yàn)和模型驗(yàn)證。一般設(shè)計(jì)人員可以不用進(jìn)行編程工作，也可以完成不同系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和校核工作。例如，當(dāng)在平臺(tái)中運(yùn)行的模型發(fā)生異常 }fn停止運(yùn)行時(shí)，該平臺(tái)能夠?qū)Ξa(chǎn)生錯(cuò)誤的原因進(jìn)行分析，從模塊中 查找出錯(cuò)誤，并向用戶提交出錯(cuò)信息。 2)通過模塊列表窗口對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行管理，每個(gè)模塊都包括序號(hào)、模塊名、算法名、執(zhí)行速率和模塊狀態(tài)等。平臺(tái)的開發(fā)充分考慮了系統(tǒng)的功能擴(kuò)展和模塊化結(jié)構(gòu)，提供了一 個(gè)開放的、搭積木式的建模環(huán)境 fs}l。本文選取圖 21中曲線 C來估算轉(zhuǎn)子的疲勞壽命損耗，該曲線失效準(zhǔn)則為萌生 。根據(jù)熱應(yīng)力的疊加規(guī)律 。導(dǎo)出轉(zhuǎn)子溫度和熱應(yīng)力的分布公式 。另外 。 將式 (2一 5)、 (2一 2)、代入 (2一 1)得轉(zhuǎn)子內(nèi)、外表面熱應(yīng)力計(jì)算式 : 外表面 (r=RO): 中心孔表面 (r=Rb): 式中 : 當(dāng)溫升率多次發(fā)生變化時(shí)轉(zhuǎn)子熱應(yīng)力為 : 外表面 : 如上所述，常用的解析法是以調(diào)節(jié)級(jí)后的蒸汽溫度為邊界條件 。 C。再由體積平均溫度差計(jì)算轉(zhuǎn)子內(nèi)外表面的熱應(yīng)力。 Timo 根 據(jù) 疲勞 蠕 變 交 互 作用理 論 ， 繪 出 了 轉(zhuǎn) 子 CrMo 鋼的低周疲勞曲線，如圖 5 所示。 推 導(dǎo) 并分析 解 析法 求得 的 熱 應(yīng) 力公 式 ，并 將 其 簡(jiǎn) 化為 : 式 中 ， E 為 轉(zhuǎn) 子材料 彈 性模量， MPa。華北電力大學(xué)率先利用有限元法和邊界元方法的優(yōu)點(diǎn)，對(duì) 100MW～ 20OMW 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行了一系列詳細(xì)計(jì)算和分析，得出了大量具有實(shí)際意義的結(jié)果；清華大學(xué)研究得出“蒸汽溫度變化率 — 轉(zhuǎn)子體全溫差”、“轉(zhuǎn)子體全溫差 — 轉(zhuǎn)子體內(nèi)外表面熱應(yīng)力”的復(fù)頻域數(shù)學(xué)模型，并得出“蒸汽溫度變化率 — 轉(zhuǎn)子體內(nèi)、外表面熱應(yīng)力”的數(shù)學(xué)模型 [5]；華中理工大學(xué)通過可靠性設(shè)計(jì)方法對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子低周疲勞壽命進(jìn)行預(yù)測(cè) [6]；東南大學(xué)基于概率斷裂力學(xué)對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子可靠性設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子壽命預(yù)測(cè) [7]；哈爾濱工業(yè) 大學(xué)則引進(jìn)全新的損傷力學(xué)方法，采用非線性連續(xù)損傷模型對(duì) 20OMW、 300MW 汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子的低周疲勞損傷和壽命進(jìn)行了分析，此模型真實(shí)的描述了轉(zhuǎn)子材料在多軸應(yīng)力作用下蠕變損傷的演化和累積，為汽輪機(jī) 高溫蠕變分析提供了更為有效的方法 [8]。 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， 在汽輪機(jī)啟停和變工況的過程中 , 由于進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽溫度和流量的變化 , 從而使汽輪機(jī)汽缸與轉(zhuǎn)子金屬的溫度也相應(yīng)地發(fā)生變化。 由 于現(xiàn)實(shí) 工作 中 的 汽輪機(jī) 轉(zhuǎn) 子 高 速旋轉(zhuǎn) ， 鑒 于 目 前 的 測(cè) 量 手段 ， 尚 無 法直 接 可 靠 地 測(cè) 量其 轉(zhuǎn)子 溫 度及 熱 應(yīng) 力 ， 需 要 通 過 理 論 計(jì) 算 來 解 決 。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。該機(jī)構(gòu)還研制了一套專門用于轉(zhuǎn) 子壽命安全性分析的軟件系統(tǒng) SAFER,并應(yīng)用于轉(zhuǎn)子的實(shí)際壽命分析。 文獻(xiàn) [12]對(duì)亞臨界 600MW 汽輪機(jī)無中心孔轉(zhuǎn)子冷態(tài)啟動(dòng)過程中高壓轉(zhuǎn)子第一級(jí)葉輪的溫度場(chǎng)和熱應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行了計(jì)算。 f 為 形 狀 因 子 。 而 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子不穩(wěn)定溫度場(chǎng)的計(jì)算問題， 則 屬于解軸對(duì)稱非定常溫度函數(shù)的問題。 如果將整個(gè)轉(zhuǎn)子視為無限長(zhǎng)空心圓柱體，外徑和內(nèi)徑分別為 R。 — 由方程確定的 n個(gè)正根 。直到現(xiàn)在還 是一個(gè)有待解決的測(cè)試技術(shù)問題 。這種方法具有一定的精確性 。解此方程 。因此 是機(jī)組啟動(dòng)時(shí)的危險(xiǎn)應(yīng)力之一，應(yīng)予以嚴(yán)格控制 。由十不同機(jī)組安裝的測(cè)點(diǎn)不同、 并目 ‘ 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)子材料也不盡相同，加之汽輪機(jī)系統(tǒng)過程復(fù)雜，轉(zhuǎn)子性能監(jiān)測(cè)數(shù)學(xué)模型的開發(fā)是軟件的關(guān)鍵。 模型開發(fā)平臺(tái)中的公用函數(shù)庫(kù)，包括空氣、水和 水蒸汽的物性參數(shù)等。模型 管理系統(tǒng)的功能包括 : 1)模型、初始條件的調(diào)用和存儲(chǔ)。 模型開發(fā)平臺(tái)具有良好的開發(fā)環(huán)境和可視化的人機(jī)界面，操作靈活方便，其優(yōu)點(diǎn)如下 : 1系統(tǒng)擴(kuò)展與調(diào)整方便。 2)分析每個(gè)過程 單兀的基本特性，建立數(shù)學(xué)模型，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的程序算法。 2介紹了基十一體化模型開發(fā)平臺(tái)的工程模塊化建模方法。 ρ 為 轉(zhuǎn) 子材料 密 度， kg /m3 。 根 據(jù) 公 式 ( 3) ， 畫 出 轉(zhuǎn) 子 在 等 溫 升 率和 等 溫 升 量 情 況下 的 應(yīng) 力 － 時(shí) 間 曲 線?；痣姍C(jī)組調(diào)峰運(yùn)行的特點(diǎn)是機(jī)組啟動(dòng)頻繁，負(fù)荷變化大。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已在文中以明確方式標(biāo)明。 另外，我還要感謝大學(xué)四年和我一起走過的同學(xué)朋友對(duì)我的關(guān)心與支持，與他們一起學(xué)習(xí)、生活，讓我在大學(xué)期間生活的很充實(shí)，給我留下了很多難忘的回憶。 。再次對(duì)周巍老師表示衷心的感謝。 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。 可通 過 不同 的 溫 升 率 來 調(diào) 節(jié) ， 具 有 實(shí) 際 的 指 導(dǎo) 意 義 。 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 。 c 為 轉(zhuǎn) 子材料 比 熱 ， J /( kg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。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。 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。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。輸入、輸出是與外部發(fā)生聯(lián)系，用來進(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，用來描述設(shè)備或過程模型的特性，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。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。 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。經(jīng)時(shí)間幾轉(zhuǎn)化為粉 2時(shí) 。以此來模擬轉(zhuǎn)子表面的溫度。蒸汽的流量和級(jí)內(nèi)效率都難以通過理論計(jì)算來解決 。 r— 轉(zhuǎn)子任意半徑， m。 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。 — 材料的線脹系數(shù) 。 ℃ ) 。 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)問題都可用它求得滿意的數(shù)值結(jié)果。第一級(jí)評(píng)價(jià)是無 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]。 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。 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 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