CN112901280A - 一种避免汽轮机动叶叶根与叶身过渡处疲劳开裂的方法 - Google Patents

一种避免汽轮机动叶叶根与叶身过渡处疲劳开裂的方法 Download PDF

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崔雄华
梅宝
张磊
曹海涛
杨哲一
王弘喆
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Abstract

本发明公开了一种避免汽轮机动叶叶根与叶身过渡处疲劳开裂的方法，包括步骤：1)基于有限元的模拟计算方法，建立动叶的受力模型，划分网格进行应力分析，获得叶根与叶身过渡处不同的R角圆弧半径及表面粗糙度对应的应力水平；2)对动叶叶根与叶身过渡处的加工质量进行改进，包括增大过渡处R角的圆弧半径及提高R角的表面粗糙度精度。本发明能够显著提高动叶叶根与叶身过渡处的疲劳强度，从而避免动叶在该部位发生疲劳损坏失效，保障汽轮机的长期安全运行。

Description

一种避免汽轮机动叶叶根与叶身过渡处疲劳开裂的方法
技术领域
本发明属于汽轮机动叶失效分析技术领域，具体涉及一种避免汽轮机动叶叶根与叶身过渡处疲劳开裂的方法。
背景技术
汽轮机是利用蒸汽热能来做功的旋转式原动机，由按一定方向喷射出来的蒸汽推动叶轮旋转，进而拖动发电机或风机旋转；具有转速高、效率高、运行平稳、使用寿命长等特点。
动叶是汽轮机的关键部件，服役工况极其复杂，长期在高温高压高速旋转下运行。一台汽轮机中就有数千只动叶，仅一只动叶断落就会造成一次非停事件。引起动叶断落的原因较多，其中由其薄弱部位-叶根与叶身过渡处的加工质量欠佳造成的疲劳开裂是主要原因之一。
动叶叶根与叶身过渡处为几何形状突变结构，在运行过程中的最大离心力位于该部位，由于存在R角圆弧半径过小及表面粗糙度较大等的加工质量欠佳问题，会加剧该部位的应力集中程度和进一步提高应力水平，在长期运行中该部位逐渐萌生疲劳裂纹，并不断疲劳扩展，直至瞬间断裂损坏。
由于动叶叶根与叶身过渡处的面积较小及结构特殊，在加工时往往不重视，目前仅是在动叶发生疲劳断落事故后才对该部位的加工质量进行改进，故存在较大的安全隐患，不利于汽轮机的长期安全运行。
发明内容
本发明提供了一种避免汽轮机动叶叶根与叶身过渡处疲劳开裂的方法，该方法能够显著提高动叶叶根与叶身过渡处的疲劳强度，从而避免动叶在该部位发生疲劳开裂失效，保障汽轮机的长期安全运行。
本发明采用如下技术方案来实现：
一种避免汽轮机动叶叶根与叶身过渡处疲劳开裂的方法，包括以下步骤：
1)基于有限元的模拟计算方法，建立动叶的受力模型，划分网格进行应力分析，获得叶根与叶身过渡处不同的R角圆弧半径及表面粗糙度对应的应力水平；
2)对动叶叶根与叶身过渡处的加工质量进行改进，包括增大过渡处R角的圆弧半径及提高R角的表面粗糙度精度。
本发明进一步的改进在于，动叶的起裂于叶根与叶身过渡处。
本发明进一步的改进在于，动叶的失效模式为疲劳开裂。
本发明进一步的改进在于，动叶的疲劳开裂的原因为叶根与叶身过渡处的加工质量欠佳。
本发明进一步的改进在于，动叶叶根与叶身过渡处的R角圆弧半径大于等于2.4mm。
本发明进一步的改进在于，动叶叶根与叶身过渡处的表面粗糙度小于等于6.3μm。
本发明至少具有如下有益的技术效果：
本发明采用有限元的模拟计算方法，建立动叶的受力模型，划分网格进行应力分析，获得叶根与叶身过渡处不同的R角圆弧半径及表面粗糙度对应的应力水平，为解决在该部位的疲劳开裂失效提供技术依据。
本发明对动叶叶根与叶身过渡处的加工质量进行改进，包括增大过渡处R角的圆弧半径及提高R角的表面粗糙度精度，显著提高动叶叶根与叶身过渡处的疲劳强度，从而避免动叶在该部位发生疲劳损坏失效，保障汽轮机的长期安全运行。
附图说明
图1为动叶叶根与叶身过渡处的有限元应力分析云图；
图2为动叶叶根与叶身过渡处的疲劳开裂宏观和微观形貌；
图3为动叶叶根与叶身过渡处R角圆弧半径改进前的尺寸及形貌；
图4为动叶叶根与叶身过渡处R角圆弧半径改进后的尺寸及形貌。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。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。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1～图4所示，本发明提供的一种避免汽轮机动叶叶根与叶身过渡处疲劳开裂的方法，具体包括如下过程：
1)基于有限元的模拟计算方法，建立动叶的受力模型，划分网格进行应力分析，获得叶根与叶身过渡处不同的R角圆弧半径及表面粗糙度对应的应力水平，如图1所示；
2)对动叶叶根与叶身过渡处的加工质量进行改进，动叶起裂于叶根与叶身过渡处，失效模式为疲劳开裂(如图2所示)，把动叶叶根与叶身过渡处R角圆弧半径由现在的1.2mm改进为2.8mm(如图3和4所示)，把该部位的表面粗糙度由现在的12.8μm改进为6.3μm。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种避免汽轮机动叶叶根与叶身过渡处疲劳开裂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)基于有限元的模拟计算方法，建立动叶的受力模型，划分网格进行应力分析，获得叶根与叶身过渡处不同的R角圆弧半径及表面粗糙度对应的应力水平；
2)基于叶根与叶身过渡处不同的R角圆弧半径及表面粗糙度对应的应力水平，对动叶叶根与叶身过渡处的加工质量进行改进。
2.根据权利要求1所述的一种避免汽轮机动叶叶根与叶身过渡处疲劳开裂的方法，其特征在于，对动叶叶根与叶身过渡处的加工质量进行改进，包括增大过渡处R角的圆弧半径及提高R角的表面粗糙度精度。
3.根据权利要求2所述的一种避免汽轮机动叶叶根与叶身过渡处疲劳开裂的方法，其特征在于，动叶的起裂于叶根与叶身过渡处。
4.根据权利要求2所述的一种避免汽轮机动叶叶根与叶身过渡处疲劳开裂的方法，其特征在于，动叶的失效模式为疲劳开裂。
5.根据权利要求4所述的一种避免汽轮机动叶叶根与叶身过渡处疲劳开裂的方法，其特征在于，动叶的疲劳开裂的原因为叶根与叶身过渡处的加工质量欠佳。
6.根据权利要求2所述的一种避免汽轮机动叶叶根与叶身过渡处疲劳开裂的方法，其特征在于，动叶叶根与叶身过渡处的R角圆弧半径大于等于2.4mm。
7.根据权利要求2所述的一种避免汽轮机动叶叶根与叶身过渡处疲劳开裂的方法，其特征在于，动叶叶根与叶身过渡处的表面粗糙度小于等于6.3μm。
8.根据权利要求2所述的一种避免汽轮机动叶叶根与叶身过渡处疲劳开裂的方法，其特征在于，该方法能够提高动叶叶根与叶身过渡处的疲劳强度。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6095755A (en) * 1996-11-26 2000-08-01 United Technologies Corporation Gas turbine engine airfoils having increased fatigue strength
CN101446208A (zh) * 2007-11-26 2009-06-03 斯奈克玛 涡轮机叶片
CN107143381A (zh) * 2017-06-06 2017-09-08 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 一种能够降低应力的燃气轮机透平第一级动叶片
CN208252159U (zh) * 2018-02-11 2018-12-18 杭州汽轮机股份有限公司 一种工业汽轮机高效转鼓级动叶片
CN109114041A (zh) * 2018-10-15 2019-01-01 西安热工研究院有限公司 一种轴流风机转子叶片叶根导圆造型结构
CN112231953A (zh) * 2020-10-14 2021-01-15 西安热工研究院有限公司 一种提高核电站应急柴油机顶头座疲劳强度的方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6095755A (en) * 1996-11-26 2000-08-01 United Technologies Corporation Gas turbine engine airfoils having increased fatigue strength
CN101446208A (zh) * 2007-11-26 2009-06-03 斯奈克玛 涡轮机叶片
CN107143381A (zh) * 2017-06-06 2017-09-08 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 一种能够降低应力的燃气轮机透平第一级动叶片
CN208252159U (zh) * 2018-02-11 2018-12-18 杭州汽轮机股份有限公司 一种工业汽轮机高效转鼓级动叶片
CN109114041A (zh) * 2018-10-15 2019-01-01 西安热工研究院有限公司 一种轴流风机转子叶片叶根导圆造型结构
CN112231953A (zh) * 2020-10-14 2021-01-15 西安热工研究院有限公司 一种提高核电站应急柴油机顶头座疲劳强度的方法

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