CN113204841B - 一种汽轮机动叶片数值校核分析方法 - Google Patents

一种汽轮机动叶片数值校核分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种汽轮机动叶片数值校核分析方法，本发明对汽轮机动叶片进行静态振动特性测量和数据分析，对汽轮机动叶片三维型线进行测绘，建立汽轮机动叶片三维模型、轮系的循环对称三维模型及相对应的有限元数值模型，依据汽轮机动叶片材料属性对不同工况下的汽轮机动叶片离心应力进行数值计算和评判分析；对单个汽轮机动叶片和轮系的静态、动态振动特性进行数值计算和分析评价，最后对汽轮机动叶片数值校核分析结果进行综合评价。本发明具有更广的适用性和可行性，分析结果更为精确，应用简单易懂，可以适用于各类汽轮机动叶片校核分析情况，显著提高汽轮机动叶片的安全稳定性，对提高整机安全经济性具有重要的工程应用价值。

Description

一种汽轮机动叶片数值校核分析方法
技术领域
本发明属于火电汽轮机组发电领域，具体涉及一种汽轮机动叶片数值校核分析方法。
背景技术
叶片是汽轮机的关键零部件，也是汽轮机中数量最多的零部件。在运行条件下汽轮机动叶片既承受着巨大的离心力，又承受着蒸汽作用力、腐蚀介质腐蚀和固体颗粒或高速水滴冲蚀等，其所处的工况条件及环境极为复杂、恶劣，汽轮机动叶片常发生各种原因的叶片断裂或裂纹故障。汽轮机叶片事故占了汽轮机故障的三分之一，而汽轮机叶片典型故障中，叶片损坏的主要原因既有设计问题，也有制造、运行等问题，有歧义设计问题占多数。因此汽轮机动叶片应具有足够的强度和良好的振动特性，且具有良好的空气动力特性，以达到较高的效率和安全性能。
近几年来，为解决日益严重的弃风(光、水)问题，提高新能源的消纳能力，提高火电机组的运行灵活性已是迫在眉睫的任务，使机组具备深度调峰能力，并进一步增加负荷响应速率，部分火电机组具备快速启停调峰能力。汽轮机运行工况严重偏离了设计工况，汽轮机动叶片运行的环境和工况更加恶劣，更容易出现各种故障问题，将严重威胁到汽轮机组的安全运行，因此迫切需要在叶片设计校核阶段考虑叶片应适应复杂而宽泛的运行工况，避免出现各种故障问题，并提高汽轮机动叶片的疲劳寿命及安全性。
现有汽轮机动叶片数值校核方法和技术，已经不能满足当前汽轮机叶片设计特点和要求，对汽轮机轮系的接触方式及循环对称模型处理存在一定的弊端，数值计算结果存在较大的偏差，对机组汽轮机动叶片设计和制造都有一定的影响，且存在着程序繁杂、设计校核周期多长、人员投入过多及费用较高等诸多问题，无形之中增加了汽轮机动叶片设计开发的过程和研发费用，且所制造的汽轮机动叶片与设计情况偏差较大，采用旧的数值校核方法所生产的机组存在技术误差，机组系统后续运行有安全风险。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种汽轮机动叶片数值校核分析方法，对汽轮机动叶片数值校核分析结果进行综合评价。
为了达到上述目的，本发明包括以下步骤：
S1，建立汽轮机动叶片三维模型和轮系的循环对称三维模型；
S2，对单个汽轮机动叶片进行静态振动特性测量和数据分析；
S3，建立汽轮机动叶片相对应的有限元数值模型和轮系的循环对称模型；
S4，对不同工况下的汽轮机动叶片离心应力数值计算和分析，并对离心应力状况进行评判分析；
S5，对单个汽轮机动叶片的静态振动特性进行计算分析，并与测试数据对比评价分析；
S6，对汽轮机动叶片的轮系静态、动态振动特性进行计算分析和评价；
S7，对汽轮机动叶片数值校核分析结果进行综合评价。
2、根据权利要求1所述的一种汽轮机动叶片数值校核分析方法，其特征在于，S1的具体方法如下：
S11，对汽轮机动叶片进行三维扫描测绘，获到汽轮机动叶片三维数据；
S12，根据测绘数据和真实汽轮机叶片相应的状况，建立单个汽轮机动叶片三维数值模型和轮系的循环对称三维模型。
S2中，对汽轮机动叶片静频率现场测量数据进行整理和分析评价和数据分析。
S3中，根据汽轮机动叶片三维模型、动叶片装配工艺、设计要求及汽轮机转速条件，对汽轮机动叶片静频率现场测量数据进行整理和分析评价和数据分析。
S4中，根据汽轮机动叶片的有限元数值模型和材料属性，根据汽轮机动叶片材料性能，对同工况下的汽轮机动叶片离心应力数值结果进行分析和评价。
S5，根据汽轮机动叶片的装配工艺、设计要求、转速及叶片之间接触间隙要求，对单个汽轮机动叶片的静态振动特性进行计算分析。
S6中，根据汽轮机动叶片装配工艺、设计要求、转速及叶片之间间隙的要求，对汽轮机动叶片的轮系静态、动态振动特性进行计算分析。
S6中，根据汽轮机动叶片设计数据和静态、动态振动特性进行计算结果，对汽轮机动叶片安全性进行评价分析。
S7中，依据汽轮机动叶片设计、制造、安装工艺及材料相关的技术资料和数据，对汽轮机动叶片数值校核分析结果进行综合评价。
与现有技术相比，本发明对汽轮机动叶片进行静态振动特性测量和数据分析，对汽轮机动叶片三维型线进行测绘，建立汽轮机动叶片三维模型、轮系的循环对称三维模型及相对应的有限元数值模型，依据汽轮机动叶片材料属性对不同工况下的汽轮机动叶片离心应力进行数值计算和评判分析；对单个汽轮机动叶片和轮系的静态、动态振动特性进行数值计算和分析评价，最后对汽轮机动叶片数值校核分析结果进行综合评价。本发明具有更广的适用性和可行性，分析结果更为精确，应用简单易懂，可以适用于各类汽轮机动叶片校核分析情况，显著提高汽轮机动叶片的安全稳定性，对提高整机安全经济性具有重要的工程应用价值，解决了多年来汽轮机动叶片数值模型处理和计算的约束不到位、准度不高等相关难题。本方法高效便捷，可以使汽轮机动叶片设计校核过程和周期得到很大的缩短，减少了设计时间和费用，汽轮机通流安全性和可用性有了大大的提高，对当前形势下的火电机组常态化深度调峰运行的安全性保障具有重要的积极意义。
具体实施方式
下面对本发明做进一步说明。
本发明包括以下步骤：
步骤101，开展汽轮机动叶片研发、设计、应用及试验等相应的背景情况调查和分析；
步骤102，对汽轮机动叶片设计、安装工艺、检验及试验等相关技术资料和数据收集及整理；
步骤103，依据汽轮机动叶片研究背景、情况及相关资料，分析汽轮机动叶片数值校核内容及目标。
步骤201，对汽轮机动叶片进行三维扫描测绘，获到汽轮机动叶片三维数据；
步骤202，根据测绘数据和真实汽轮机叶片相应的状况，建立单个汽轮机动叶片三维数值模型和轮系的循环对称三维模型。
步骤301，根据汽轮机动叶片设计及其他相应材料，加工适合于汽轮机动叶片叶根安装要求的夹具；
步骤302，利用测试仪器系统对单个汽轮机动叶片进行静态振动特性测量；
步骤303，对汽轮机动叶片静频率现场测量数据进行整理和分析评价和数据分析。
步骤401，根据汽轮机动叶片三维模型、动叶片装配工艺、设计要求及汽轮机转速等条件和情况，建立汽轮机动叶片相对应的有限元数值模型；
步骤402，根据汽轮机动叶片三维模型、动叶片装配工艺、设计要求及汽轮机转速等条件和情况，建立汽轮机轮系相对应的循环对称数值模型。
步骤501，依据汽轮机动叶片有限元数值模型和材料属性，对不同工况下的汽轮机动叶片离心应力进行数值计算；
步骤502，根据汽轮机动叶片材料性能，对同工况下的汽轮机动叶片离心应力数值结果进行分析和评价。
步骤601，依据汽轮机动叶片装配工艺、设计要求及转速等相关资料和要求，对单个汽轮机动叶片的静态振动特性进行计算分析，并与测试数据对比评价分析；
步骤602，依据汽轮机动叶片装配工艺、设计要求、转速及叶片之间间隙等相关资料和要求，对汽轮机动叶片的轮系静态、动态振动特性进行计算分析；
步骤603，根据汽轮机动叶片设计数据和静态、动态振动特性进行计算结果，对汽轮机动叶片安全性进行评价分析。
步骤701，依据汽轮机动叶片设计、制造、安装工艺及材料等相关的技术资料和数据，对汽轮机动叶片数值校核分析结果进行综合评价。
已有的各种汽轮机动叶片设计校核方法，对汽轮机轮系的接触方式及循环对称模型处理存在一定的弊端，数值计算结果存在较大的偏差，对机组汽轮机动叶片设计和制造都有一定的影响，从而增加了汽轮机动叶片设计开发的过程和研发费用，且所制造的汽轮机动叶片与设计情况偏差较大，采用旧的数值校核方法所生产的机组存在技术误差，机组系统后续运行仍有一定安全风险。
本发明通过汽轮机动叶片设计、安装工艺、检验及试验等相关技术资料和数据收集整理，对汽轮机动叶片进行静态振动特性测量和数据分析，对汽轮机动叶片三维型线进行测绘，建立汽轮机动叶片三维模型、轮系的循环对称三维模型及相对应的有限元数值模型，依据汽轮机动叶片材料属性对不同工况下的汽轮机动叶片离心应力进行数值计算和评判分析；依据汽轮机动叶片装配工艺、设计要求、转速及叶片之间接触间隙等相关资料和要求，对单个汽轮机动叶片和轮系的静态、动态振动特性进行数值计算和分析评价，最后依据汽轮机动叶片设计、制造、安装工艺及材料等相关的技术资料和数据，对汽轮机动叶片数值校核分析结果进行综合评价。本发明的技术方法具有更广的适用性和可行性，分析结果更为精确、高效便捷、简单易懂，并已在多次的汽轮机动叶片分析校核和故障数值分析中得到较好的验证和应用，解决了数值计算处理和计算精度问题，圆满解决了困扰电厂多年的故障原因问题，保证了电厂机组汽轮机长期安全运行。本发明可以使汽轮机动叶片设计校核过程和周期得到很大的缩短，减少了设计时间和费用，汽轮机通流安全性和可用性有了大大的提高。

Claims (1)

1.一种汽轮机动叶片数值校核分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，对汽轮机动叶片进行三维扫描测绘，获到汽轮机动叶片三维数据；
步骤2，根据测绘数据和真实汽轮机叶片相应的状况，建立单个汽轮机动叶片三维数值模型和轮系的循环对称三维模型；
步骤3，利用测试仪器系统对单个汽轮机动叶片进行静态振动特性测量；
步骤4，对汽轮机动叶片静频率现场测量数据进行整理和分析评价和数据分析；
步骤5，根据汽轮机动叶片三维模型、动叶片装配工艺、设计要求及汽轮机转速条件和情况，建立汽轮机动叶片相对应的有限元数值模型；
步骤6，根据汽轮机动叶片三维模型、动叶片装配工艺、设计要求及汽轮机转速条件和情况，建立汽轮机轮系相对应的循环对称数值模型；
步骤7，依据汽轮机动叶片有限元数值模型和材料属性，对不同工况下的汽轮机动叶片离心应力进行数值计算；
步骤8，根据汽轮机动叶片材料性能，对同工况下的汽轮机动叶片离心应力数值结果进行分析和评价；
步骤9，依据汽轮机动叶片装配工艺、设计要求及转速相关资料和要求，对单个汽轮机动叶片的静态振动特性进行计算分析，并与测试数据对比评价分析；
步骤10，依据汽轮机动叶片装配工艺、设计要求、转速及叶片之间间隙相关资料和要求，对汽轮机动叶片的轮系静态、动态振动特性进行计算分析；
步骤11，根据汽轮机动叶片设计数据和静态、动态振动特性进行计算结果，对汽轮机动叶片安全性进行评价分析；
步骤12，依据汽轮机动叶片设计、制造、安装工艺及材料相关的技术资料和数据，对汽轮机动叶片数值校核分析结果进行综合评价。
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