CN111814379A - 一种用于核电机组低压末级长叶片的有限元分析方法 - Google Patents

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潘劭平
马义良
刘云锋
关淳
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熊继龙
薛海亮
徐林峰
梁天赋
李央
武芏茳
李明奇
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Abstract

一种用于核电机组低压末级长叶片的有限元分析方法，属于核电汽轮机组长叶片分析领域。解决了现有技术中常规汽轮机组的有限元的分析方法处理流程复杂、精度低及无法适用于核电机组的问题。本发明首先构建三维几何模型，对构建的三维几何模型划分网格，定义被划分成N个多面体网格的三维几何模型中叶片的载荷、与叶片所连接的转子的边界条件和叶片与转子间的接触面，利用定义后的信息及预知的叶片和转子的材料属性进行有限元分析，获得低压末级长叶片的强度和振动频率，再根据振动频率和调节后的施加叶片上的蒸汽压力进行动应力运算，获得低压末级长叶片的动应力。主要用于对核电机组低压末级长叶片进行强度、振动频率和动应力的分析。

Description

一种用于核电机组低压末级长叶片的有限元分析方法
技术领域
本发明属于核电汽轮机组长叶片分析领域，具体涉及一种用于核电机组低压末级长叶片的有限元分析方法。
背景技术
叶片是汽轮机的心脏，是汽轮机最重要的部分，而低压末级长叶片是整个机组中最为重要的一级叶片。随着核电机组的不断增加，对于核电机组低压末级长叶片的有限元分析也需要提高准确性，一致性。
现有叶片有限元的分析方法无法应用于核电机组的低压末级长叶片，难以满足当今核电汽轮机的设计需求，且现有适用于常规汽轮机组的有限元的分析方法处理流程复杂，精度低；因此，如何提供一种分析精度高，且适用于核电机组的低压末级长叶片的有限元分析方法亟需解决。
发明内容
本发明目的是为了解决现有技术中常规汽轮机组的有限元的分析方法处理流程复杂、精度低及无法适用于核电机组的问题，提供了一种用于核电机组低压末级长叶片的有限元分析方法。该分析方法主要用于对核电机组低压末级长叶片的强度、振动频率和动应力进行分析。
一种用于核电机组低压末级长叶片的有限元分析方法，该有限元分析方法包括如下步骤：
步骤一、将低压末级长叶片及其所对应的转子部分作为整体，构建三维几何模型；
步骤二、将三维几何模型进行切割，划分成N个多面体网格；其中，N为大于20万且小于50万的整数；
步骤三、定义被划分成N个多面体网格的三维几何模型中低压末级长叶片的载荷、与低压末级长叶片所连接的转子的边界条件和低压末级长叶片与转子间的接触面；根据低压末级长叶片的载荷、与低压末级长叶片所连接的转子的边界条件、低压末级长叶片与转子间接触面、预知的低压末级长叶片的材料属性和预知的与低压末级长叶片所连接的转子的材料属性进行有限元分析，获得低压末级长叶片的强度和振动频率；
步骤四、调节施加在低压末级长叶片上的蒸汽压力，根据低压末级长叶片振动频率和调节后的施加在低压末级长叶片上的蒸汽压力进行动应力运算，获得低压末级长叶片的动应力，从而完成对低压末级长叶片的有限元分析。
优选的是，步骤二中，多面体网格为六面体和/或四面体网格。
优选的是，步骤三中，所定义的低压末级长叶片的载荷包括：施加在低压末级长叶片所对应的多面体网格上所有节点的转速、施加在低压末级长叶片上的工作温度及施加在低压末级长叶片上的蒸汽压力；
所述节点为每个多面体网格上面与面之间的交点。
优选的是，步骤三中，根据低压末级长叶片的载荷、与低压末级长叶片所连接的转子的边界条件、低压末级长叶片与转子间接触面、预知的低压末级长叶片的材料属性和预知的与低压末级长叶片所连接的转子的材料属性进行有限元分析，获得低压末级长叶片的强度和振动频率的过程采用CAE软件实现。
优选的是，步骤三中，材料属性包括不同温度下所对应的密度、弹性模量和线胀系数。
优选的是，步骤三中，与低压末级长叶片所连接的转子的边界条件为转子的径向约束、转子轴向约束和转子旋转方向的约束。
优选的是，当多面体网格为六面体网格时，低压末级长叶片上受蒸汽压力部分所对应的每个六面体网格的高度、长度和宽度的比值为2:1:1。
优选的是，步骤四中，调节后的施加在低压末级长叶片上的蒸汽压力为步骤三所定义的施加在低压末级长叶片上的蒸汽压力的0.04倍。
本发明带来的有益效果是，本发明所述的有限元分析方法分析过程简单，便于实现，主要用于对核电机组低压末级长叶片的强度、振动频率和动应力进行分析，分析的过程首先构建三维几何模型，对构建的三维几何模型划分网格，定义被划分成N个多面体网格的三维几何模型中低压末级长叶片的载荷、与低压末级长叶片所连接的转子的边界条件和低压末级长叶片与转子间的接触面，利用定义后的信息及预知的低压末级长叶片和转子的材料属性进行有限元分析，获得低压末级长叶片的强度和振动频率，再根据振动频率和调节后的施加在低压末级长叶片上的蒸汽压力进行动应力运算，获得低压末级长叶片的动应力，从而完成对低压末级长叶片的有限元分析。通过上述有限元分析过程，利用定义的参量和已知的参量可准确分析出各个工况下的叶片的强度、振动频率和动应力。
具体实施方式
下面是对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本实施方式所述的一种用于核电机组低压末级长叶片的有限元分析方法，该有限元分析方法包括如下步骤：
步骤一、将低压末级长叶片及其所对应的转子部分作为整体，构建三维几何模型；
步骤二、将三维几何模型进行切割，划分成N个多面体网格；其中，N为大于20万且小于50万的整数；
步骤三、定义被划分成N个多面体网格的三维几何模型中低压末级长叶片的载荷、与低压末级长叶片所连接的转子的边界条件和低压末级长叶片与转子间的接触面；根据低压末级长叶片的载荷、与低压末级长叶片所连接的转子的边界条件、低压末级长叶片与转子间接触面、预知的低压末级长叶片的材料属性和预知的与低压末级长叶片所连接的转子的材料属性进行有限元分析，获得低压末级长叶片的强度和振动频率；
步骤四、调节施加在低压末级长叶片上的蒸汽压力，根据低压末级长叶片振动频率和调节后的施加在低压末级长叶片上的蒸汽压力进行动应力运算，获得低压末级长叶片的动应力，从而完成对低压末级长叶片的有限元分析。
本实施方式所述的本发明所述的有限元分析方法先构建三维几何模型，对构建的三维几何模型划分网格，定义被划分成N个多面体网格的三维几何模型中低压末级长叶片的载荷、与低压末级长叶片所连接的转子的边界条件和低压末级长叶片与转子间的接触面，利用定义后的信息及预知的低压末级长叶片和转子的材料属性进行有限元分析，获得低压末级长叶片的强度和振动频率，再根据振动频率和调节后的施加在低压末级长叶片上的蒸汽压力进行动应力运算，获得低压末级长叶片的动应力，从而完成对低压末级长叶片的有限元分析。该分析方法主要用于对核电机组低压末级长叶片的强度、振动频率和动应力进行分析，分析过程简单，便于实现，通过上述有限元分析过程，利用定义的参量和已知的参量可准确分析出各个工况下的叶片的强度、振动频率和动应力。
进一步的，步骤二中，多面体网格为六面体和/或四面体网格。
本优选实施方式中，多面体网格为六面体网格为最优。
更进一步的，步骤三中，所定义的低压末级长叶片的载荷包括：施加在低压末级长叶片所对应的多面体网格上所有节点的转速、施加在低压末级长叶片上的工作温度及施加在低压末级长叶片上的蒸汽压力；
所述节点为每个多面体网格上面与面之间的交点。
本优选实施方式中，通过对低压末级长叶片所对应的多面体网格上所有节点的转速及施加在低压末级长叶片上的工作温度和蒸汽压力进行相关条件的预设和定义，用以获得高精度的低压末级长叶片的强度、振动频率和动应力信息。
更进一步的，步骤三中，根据低压末级长叶片的载荷、与低压末级长叶片所连接的转子的边界条件、低压末级长叶片与转子间接触面、预知的低压末级长叶片的材料属性和预知的与低压末级长叶片所连接的转子的材料属性进行有限元分析，获得低压末级长叶片的强度和振动频率的过程采用CAE软件实现。
本优选实施方式中，CAE软件为现有的软件，操作简单便于实现。
更进一步的，步骤三中，材料属性包括不同温度下所对应的密度、弹性模量和线胀系数。
更进一步的，步骤三中，与低压末级长叶片所连接的转子的边界条件为转子的径向约束、转子轴向约束和转子旋转方向的约束。
更进一步的，当多面体网格为六面体网格时，低压末级长叶片上受蒸汽压力部分所对应的每个六面体网格的高度、长度和宽度的比值为2:1:1。
更进一步的，步骤四中，调节后的施加在低压末级长叶片上的蒸汽压力为步骤三所定义的施加在低压末级长叶片上的蒸汽压力的0.04倍。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (8)

1.一种用于核电机组低压末级长叶片的有限元分析方法，其特征在于，该有限元分析方法包括如下步骤：
步骤一、将低压末级长叶片及其所对应的转子部分作为整体，构建三维几何模型；
步骤二、将三维几何模型进行切割，划分成N个多面体网格；其中，N为大于20万且小于50万的整数；
步骤三、定义被划分成N个多面体网格的三维几何模型中低压末级长叶片的载荷、与低压末级长叶片所连接的转子的边界条件和低压末级长叶片与转子间的接触面；根据低压末级长叶片的载荷、与低压末级长叶片所连接的转子的边界条件、低压末级长叶片与转子间接触面、预知的低压末级长叶片的材料属性和预知的与低压末级长叶片所连接的转子的材料属性进行有限元分析，获得低压末级长叶片的强度和振动频率；
步骤四、调节施加在低压末级长叶片上的蒸汽压力，根据低压末级长叶片振动频率和调节后的施加在低压末级长叶片上的蒸汽压力进行动应力运算，获得低压末级长叶片的动应力，从而完成对低压末级长叶片的有限元分析。
2.根据权利要求1所述的一种用于核电机组低压末级长叶片的有限元分析方法，其特征在于，步骤二中，多面体网格为六面体和/或四面体网格。
3.根据权利要求1所述的一种用于核电机组低压末级长叶片的有限元分析方法，其特征在于，步骤三中，所定义的低压末级长叶片的载荷包括：施加在低压末级长叶片所对应的多面体网格上所有节点的转速、施加在低压末级长叶片上的工作温度及施加在低压末级长叶片上的蒸汽压力；
所述节点为每个多面体网格上面与面之间的交点。
4.根据权利要求1所述的一种用于核电机组低压末级长叶片的有限元分析方法，其特征在于，步骤三中，根据低压末级长叶片的载荷、与低压末级长叶片所连接的转子的边界条件、低压末级长叶片与转子间接触面、预知的低压末级长叶片的材料属性和预知的与低压末级长叶片所连接的转子的材料属性进行有限元分析，获得低压末级长叶片的强度和振动频率的过程采用CAE软件实现。
5.根据权利要求1所述的一种用于核电机组低压末级长叶片的有限元分析方法，其特征在于，步骤三中，材料属性包括不同温度下所对应的密度、弹性模量和线胀系数。
6.根据权利要求1所述的一种用于核电机组低压末级长叶片的有限元分析方法，其特征在于，步骤三中，与低压末级长叶片所连接的转子的边界条件为转子的径向约束、转子轴向约束和转子旋转方向的约束。
7.根据权利要求2所述的一种用于核电机组低压末级长叶片的有限元分析方法，其特征在于，当多面体网格为六面体网格时，低压末级长叶片上受蒸汽压力部分所对应的每个六面体网格的高度、长度和宽度的比值为2:1:1。
8.根据权利要求3所述的一种用于核电机组低压末级长叶片的有限元分析方法，其特征在于，步骤四中，调节后的施加在低压末级长叶片上的蒸汽压力为步骤三所定义的施加在低压末级长叶片上的蒸汽压力的0.04倍。
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