转子热应力计算中的有限元法

转子热应力计算中的有限元法

一、转子热应力计算中的有限元方法(论文文献综述)

郭星岚[1](2021)在《频繁起动条件下感应电机转子侧温升及受力特性分析研究》文中研究指明高压大功率感应电机因结构简单、鲁棒性好、可靠性高的优点,在工业领域得到广泛应用。实际生产中,某些特殊负荷会要求电机频繁起动,由此产生的冲击电流会引起各个部件温度升高,进而严重影响到电机安全稳定运行;此外,高压大功率定子通常采用开口槽,稳态运行时电机的齿谐波及其倍频谐波磁场也会在转子侧产生附加损耗,导致转子侧温度过高,容易引发断条故障。因此,为了避免此类工况下转子断条故障发生,本文针对频繁起动的高电压大功率感应电机的转子温升及受力情况开展系统研究,主要研究工作如下:1)利用自主研发的时步有限元软件完成了感应电机起动及稳态运行时的电磁及损耗特性分析;建立了高压大功率感应电机温升-应力场三维有限元模型,实现了温升-应力场的耦合分析;以一台22kW感应电机为例,通过损耗及转子温升实验,验证了所建立模型的有效性及正确性。2)针对某热电厂辅机系统6kV、1600kW循环水泵用感应电机在频繁起动工况下发生的易断条现象,利用上述所建立的有限元模型计算分析了电机在起动及稳态运行时定转子损耗、转子温升及应力特性;揭示了转子导条与端环连接区域易发生断条的根本原因,为避免转子断条的优化设计奠定了理论基础。3)提出一种适用于高压大功率感应电机的转子消谐槽结构;对消谐槽结构、转子槽口尺寸及气隙长度等关键参数进行了优化设计,并对比了优化前后的电磁、温升及应力分布特点;进一步将所提出的消谐槽结构应用于一台6kV、1600kW电机,现场实测改进前后的温升数据表明文中提出的导条结构能够有效降低电机转子及整体温升、避免转子断条故障,获得良好的应用效果。

王必成[2](2021)在《超低温泵用高速永磁电机转子强度和模态分析》文中研究说明高速永磁电机具有体积小,功率密度大,效率高等特点,在很多领域被广泛应用,以高速永磁电机为核心的LNG泵在天然气产业具有广泛的前景。高速永磁电机转速高,转子外表面线速度大,永磁体抗拉强度差,强度问题尤为重要,而细长转子又会降低转子临界转速,导致高速工况有共振风险。特别是在低温环境,部分结构转子有着不同的机械特性,因此,本文基于一台额定功率40k W,额定转速35000r/min的超低温泵用高速永磁同步电动机,进行多种电机转子结构的机械强度计算和影响因素分析,并完成高速电机转子的模态分析、临界转速计算和影响因素分析。以电磁和机械性能为约束条件,得出了转子主要尺寸参数范围并确定参数,推导了转子强度数学计算模型并通过有限元法验证,并分析了转子应力分布,随后优化有限元算法;分析对比了过盈量、转子转速和温度对转子强度的影响;基于轴截面应力分布,提出了削弱端部应力的方法。阐述了有限元法常会遇到的应力奇异问题,基于此问题对后续结果进行处理。对转子结构几何形状不规则的表贴式转子和内置式转子结构应力进行计算;分析了三类典型材料的不同填充物、两种典型材料护套对表贴式转子强度的影响;并对削弱内置式转子应力方式进行分析。根据转子主要尺寸参数,对转轴进行设计,分别分析转轴、转子系统的自由模态和约束模态;通过坎贝尔图计算了转子系统的临界转速;分析了轴承的刚度和阻尼对转子系统临界转速的影响,以及转轴轴长的影响;基于强度计算分析了预应力对临界转速的影响。

刘盛龙[3](2020)在《汽轮机转子损伤分析与启动过程优化研究》文中指出燃气-蒸汽联合循环发电近年来凭借高效率、低污染等优势得到了迅速发展。汽轮机是电厂中的重要设备,在机组启停和额定状态运行过程中,交变应力疲劳和高温蠕变给汽轮机的关键部件转子的强度和使用寿命带来了较大的影响。有必要对转子使用过程中的损伤进行分析计算,并优化改进现有的机组启动过程,在满足机组调峰性能的同时满足机组的安全要求。本研究以某联合循环机组中的汽轮机为研究对象,建立转子二维轴对称有限元模型,求解了转子在机组典型启动过程中和额定状态稳定运行时的温度和应力分布。结合连续介质损伤力学的相关理论,计算了疲劳蠕变交互作用下转子的损伤,并和损伤线性累计法则得到的结果进行了比较。结果发现,不同应力水平引起的疲劳之间的相互作用以及疲劳-蠕变的耦合作用加剧了转子的损伤,损伤非线性累计法则相比损伤线性累计法则能够更加合理地描述转子的损伤演变过程。针对现有的启动过程,通过调整升温升负荷速率的方式进行了改进优化。为提高优化效率、节约试算时间,并增强优化方案选择的合理性,本研究以编写寻优程序的方式,设置一定的参数范围来改变负荷与蒸汽温度上升速率和暖机时间,进行转子温度场和应力场的循环求解,并比较各种方案中转子关键区域的温度和应力变化情况。根据减小应力、加快启动、两者兼顾的多种优化目标,分别提出适用于各自情况的多种优化方案。多目标的启动优化方案具有很好的灵活性,在发电机组调峰运行时可以更多选用缩短启动时间、增加效益的方案。随着材料性能的退化,可以选用启动过程应力较小、转子使用寿命较长的方案。这样能够满足机组多样化的启动需求,获取更多经济收益的同时保证机组的安全运行。

耿毫伟[4](2020)在《超超临界汽轮机叶片抗高温氧化机理及热流固耦合研究》文中研究说明由于大容量、高参数和高热效率的超超临界汽轮机组将是未来火力发电技术的重要发展趋势,因此,对机组材料的性能也提出了更高的要求。但是,随着机组蒸汽参数的提高也将会使机组部件产生一系列的高温氧化和腐蚀等问题。Nimonic80A合金作为一种时效性强化合金,且具有良好的抗高温氧化性能以及蠕变性能在汽轮机叶片材料中得到广泛的应用。因此本文以国产600MW超超临界汽轮机高压缸首级叶片为研究对象,对叶片材料的氧化机理以及叶片力学性能进行研究,主要内容和研究结果如下:(1)基于密度泛函理论对Nimonic80A合金相建立了模型并对模型进行了考核和验证,研究了Nimonic80A合金中γ-Ni3Cr,γ′-Ni3Al、γ′-Ni3Ti相的氧化机理,分析了合金相各个晶面的表面稳定性,表面吸附能,空位浓度以及电子结构。结果表明:Al的空位形成能在各相中最大,同时O轨道与Al轨道的重合程度要大于氧与其他原子的重合程度从而说明O与Al原子的键合能力最强。(2)基于分子动力学方法,建立了Nimonic80A合金模型,并对模型进行了考核和验证,计算了在不同Ti/Al比下合金的弹性常数,弹性模量,泊松比,杨氏模量,各向异性因子,分析了不同Ti/Al比对Nimonic80A合金弹性性质的影响。结果表明:随着Ti/Al比的增加,其弹性常数和泊松比呈现出先增加后减小的趋势,当Ti/Al为2.5时,其泊松比和杨氏模量最小,其值分别为0.2856和228.2684Gpa,相比于Ti/Al比为1时,分别降低了13%和3.4%。(3)基于热流固耦合数值方法,建立了国产600MW超超临界汽轮机叶片模型并对模型进行了考核验证,研究了叶片的等熵效率以及在不同叶高位置的表面压力、表面温度和马赫数的分布情况,同时对静叶片和动叶片的应力和变形情况进行了研究。结果表明:等熵效率在静叶出口和动叶的前缘较低,分别为80%和78%左右;叶片的马赫数在不同叶高处均小于0.3;静叶的总变形和径向变形分布呈现出相似的变化趋势;而动叶的周向变形分布和总变形是相似的;静叶片的高应力出现在叶片吸力面侧靠近中部前缘,动叶片的高应力出现在叶片前缘靠近叶根,其最大应力值分别为774Mpa和339Mpa。(4)进一步研究了在不同Ti/Al比下叶片的变形和应力分布情况,得出了随着Ti/Al比的增加,静叶和动叶的总变形量与最大等效压力呈现出先增加后减小的变化趋势。结果表明:当Ti/Al比为2.5时,静叶片和动叶片的最大等效应力分别为711Mpa和329Mpa,相对于Ti/Al比为1时,降低了8.1%和2.9%;当Ti/Al比为2.5时,静叶和动叶的最大变形量分别为7.01mm和0.38mm,相对于Ti/Al比为1时,降低了7.4%和13.8%。

刘德金[5](2019)在《核电站汽轮机快冷技术研究及应用》文中进行了进一步梳理随着社会清洁能源的发展需要,核能发电占据市场优势。近年来高参数、大容量的汽轮机组由于具备较高的经济价值和长远效益,发展势头非常迅猛。于此同时,如何缩短停机时间减少机组检修工期增加发电效益,成为亟需解决的问题。本文从核电厂汽轮机工作原理、结构特性等方面出发,结合目前国内外电力行业常用的冷却方式,分析核电站汽轮机系统技术不同点,提出了适用于该电厂的快速冷却方案,并从冷却介质的选择、介质流动方向、重要控制参数等方面加以论证。分析高压缸转子的结构特点、能量传递过程、边界条件,简化几何结构,对传热途径进行合理假设。建立热力分析有限元模型,计算重要安全准则参数及转子各部位的重要边界条件参数,利用三维建模和有限元分析软件进行了数值计算,将汽轮机转子温度和应力变化作为结果输出。通过对结果分析,高压缸转子温度在预期时间范围内降到100℃以下,应力峰值处最大约为108 MPa,达到快速冷却的目的。同时,分析该过程中转子寿命损耗,通过评估,只要合理选择参数,快冷过程不会对汽轮机高压缸转子寿命造成影响。结合核电站特有的运行模式,提出了几种优化调整方案,计算了温度和应力变化,通过分析,优化方案既可以保证机组安全稳定运行,也能达到预期目的。最后搭建试验平台,成功地将快冷技术投入实践环节。通过试验验证结果分析得出,在试验过程中有效控制各项重要参数,既可以达到快速冷却的目的,也确保高压缸转子各项重要监测参数处于可控范围。同时还将试验数据与理论计算数据进行对比,分析了偏差原因并评估该偏差对汽轮机的影响。

杨毅[6](2016)在《恶劣工况下USC汽轮机安全性研究》文中指出随着国家电力工业迅速发展,电网容量不断增大,峰谷差日益加剧,迫使大容量火电机组频繁地参与调峰运行。在中国,越来越多的大型超超临界(Ultra-supercritical, USC)机组参与调峰运行,其转子热应力及寿命损耗成为制约其调峰能力的重要因素,因此,USC机组在恶劣工况下的安全性越来越地被人们关注。此外,我国在电力系统中广泛采用串联电容补偿和高压直流输电(HVDC)技术,存在突发次同步振荡(Sub-sy nchronous Oscillation, SSO)的可能性。这种由特殊机电耦合作用引起的振荡可能引发大型汽轮发电机组轴系的损坏。因而,次同步谐振诱发汽轮发电机组轴系扭振问题也是保证电力系统安全的重要研究课题。首先,本文以某电厂1000MW超超临界火电机组汽轮机为研究对象,采用热力计算的方法详细计算了该型汽轮机高压转子在恶劣工况下的热边界条件,并利用阿尔斯通换热系数的计算公式对转子与蒸汽之间的换热系数进行了研究,之后选取整个高压转子的通流部分作为建模对象,建立了有限元分析模型。第二,针对所建立的有限元模型,本文对机组启动过程进行了有限元分析,确定了转子在恶劣工况下的危险截面,并对这些危险部位进行合适的隔离,对隔离体进行详细的热应力有限元分析。计算结果显示:①所研究对象的高压转子,在启动过程中,前轴封以及第一级前后应力值最大;②就整个转子而言,转子的结构较为复杂,应力集中部位很多且启动过程中各级的蒸汽参数变化率不一致,因此在启动过程中应力最大值的位置并不固定在某个特定位置,而是随着启动过程有所变化;③综合整个启动过程,应力最大值出现在前轴封的过渡圆角处,这主要是因为该处蒸汽参数较高,其变化最大,并且过渡圆角造成了一定程度的应力集中。第三,针对有限元模型,对机组甩负荷和FCB工况进行了有限元分析,得到甩50%负荷、甩75%负荷、甩100%负荷的热应力最大值,以及50%负荷FCB、100%负荷FCB的热应力最大值。计算表明:①在负荷相同情况下,甩负荷工况比相应的FCB工况的应力最大值略大;②在甩负荷或FCB工况下,热应力最大值出现的位置同样在易出现应力集中的高压转子末级叶轮根部等位置;③出现甩负荷工况时,通过人工干预,可有效控制热应力大小,减少转子的寿命损耗;④采用控制变量法分析得出热应力对材料的热导率、线膨胀系数和弹性模量的敏感性最大,对密度和比热的敏感性较大,对泊松比的敏感性最小。第四,本文研究了转子的低周疲劳裂纹萌生寿命。疲劳的形成过程以微观为主,从疲劳形成机理分析,转子疲劳寿命的形成归根结底是金属材料源自作用力平衡被改变的结果。本文对该转子上的几个关键位置进行了各种工况下的离心应力分析计算,结合热应力仿真计算结果,对转子在启动、甩负荷或FCB过程中的低周疲劳裂纹萌生寿命损耗进行了分析研究,得到如下结论:①在负荷动态变动的过程中,低压缸末级叶轮处会出现最大离心应力值,该值处于安全范围之内;②对于启动工况,计算得到了不同温升率条件下的低周疲劳裂纹萌生寿命损耗数值;③机组在FCB过程中,由于负荷快速变动,蒸汽参数相应会大幅变化,转子的温度场也会产生变化,进而造成转子内部较大的热应力,产生一定的寿命损耗。本文计算得到了1次50%负荷FCB过程和1次100%负荷FCB过程的低周疲劳裂纹萌生寿命损耗数值。最后,依据电力系统运行的实际状态,本文构建了次同步振荡的分析模型和SSR阻抗特性分析模型。通过在PSCAD系统中搭建次同步振荡的分析模型,研究发现,在故障发生后发电机三相输出有效电压和三相电流均发生了较大波动,两个低压缸之间、发电机和励磁机之间的轴系扭矩出现了强烈的不稳定振荡。在对SSR的阻抗特性研究中,本文通过理论值与仿真值的对比确定了搭建模型的准确性,并结合PSCAD/EMTDC中的次同步振荡仿真模型和阻抗扫描电路,编制了次同步振荡预警程序。

黄柳燕[7](2014)在《汽轮机转子热应力及疲劳损伤监测系统开发》文中提出汽轮机转子工作环境恶劣,转子在启动、停机的过程中会产生较大的热应力变化,引起低周疲劳损伤。本论文针对汽轮机转子的热应力和寿命监测问题开展研究,开发相应的在线监测系统,以期满足发电机组安全运行的需要。分别推导了汽轮机转子温度场和热应力场的一维解析递推法,一维有限差分法和二维有限差分法算法。对转子轴段进行考核计算,与有限元仿真结果进行对比,分析各算法计算结果的误差。针对二维有限差分法算法中对热应力计算存在的问题,采用平均节点温度计算汽轮机转子的体平均温度,对二维差分算法的公式进行了修正,提高了计算精度。针对叶轮根部的热应力集中系数计算公式,依据有限元仿真结果对公式进行了拟合修正。采用修正的二维有限差分法算法和修正的应力集中系数,将连续介质损伤力学模型引入到转子损伤和寿命分析中,在VisualStudio2005的平台上,利用面向对象的可视化编程语言VB.NET开发了转子热应力及疲劳寿命在线监测系统。

祁昊[8](2011)在《超超临界汽轮机转子热应力预测与研究》文中研究表明汽轮机转子是汽轮机的重要部件,其中尤以高压转子最为我们关心。汽轮机在启动、停机或变负荷运行时,由于表面蒸汽参数的不断变化,其内部温度场处于非稳态状态,将产生较大的温度梯度热应力。汽轮机转子的热应力是限制机组启停速度及安全运行的关键因素。进行应力计算分析,实现单元机组启动、停运优化,提高机组的运行安全性和经济是电力系统关注的热点问题之一。本文对本公司的1000MW超超临界汽轮机在启动过程中的温度和应力分布的分析和控制进行了比较深入研究。本文首先利用COMSOL Multiphysics分析软件建立了汽轮机高压转子的二维对称几何模型和边界条件,并对模型进行了仿真分析,并与现场实测数据进行了比较,得到了现场所使用的体积平均温度算法即热应力计算算法可能低估了高压转子实际热应力的初步结论。该模型可以表示成参数化模型,可方便与Matlab等软件连接进行高压转子结构和尺寸的优化设计和启停策略的优化设计。然后,对现有的高压转子体积平均温度的实时计算算法进行了综合比较,构建了用于实时计算高压转子体积平均温度的Matlab/Simulink仿真模型,对冷启动、热启动、并网三个阶段的高压转子体积平均温度进行了仿真计算,并与现场实测数据进行了比较,两者吻合得很好。最后,对西门子汽轮机的热应力的实时在线监控的架构进行了较详细的描述,在此基础上对西门子的热应力控制策略进行了较详细的分析,为今后开发具有自主知识产权的热应力控制策略和寿命管理系统打下了良好的基础。

郑李鹏[9](2011)在《基于APDL的联合循环汽轮机转子热应力计算及启动优化的研究》文中研究指明某燃气-蒸汽联合循环电厂经常以日开夜停“两班制”方式参与调峰,该机组的汽轮机为单轴、高中压合缸、无中间再热、无抽汽布置,额定功率为105MW。以该机组的汽轮机转子作为对象,以有限单元法为基础,以ANSYS软件为平台,对整个转子进行合理的假设和简化后,建立其二维轴对称模型,进行手工划分网格后再对圆角处进行局部网格细化得到转子的有限元模型。转子不同时刻的各级各处蒸汽温度和压力以机组负荷为95MW时转子各级各处的蒸汽参数作近似滑压处理,通过等比计算得到。再依据国际水和水蒸气协会(IAPWS)提供的水蒸汽性质计算公式及前苏联换热系数经验公式计算得到不同时刻各级各处的水蒸汽与转子表面的换热系数。最后采用热-结构间接耦合法计算不同启动工况下转子的温度场和应力场,根据应力计算结果,计算转子的低周疲劳寿命。整个转子热应力计算过程完全采用APDL程序编程实现,对于不同的启动过程仅需修改启动参数(蒸汽温度、蒸汽压力和转子转速等)数据的CSV格式文件及转子初始温度,就能通过ANSYS计算出转子整个启动过程中的温度场和应力场,极大地简化了操作,增强了可重复性,为进一步自动化打了坚实的基础。根据本文的计算结果,实际运行的机组已经修改汽机运行规程,将热态启动的转子调节级金属温度调整为350℃。这样每次启动可节省100分钟,以电厂一年调峰启动150次,每度电1.02元计,通过这样改进启动方式,电厂每年可以增加1703.45万元的经济效益。

黄世勇[10](2007)在《汽轮机转子热应力及寿命分析》文中研究说明汽轮发电机组启动停机或调峰运行,机组主要部件承受大幅度的温差变化,由此引起汽缸、转子等部件产生交变热应力。汽轮发电机组运行经验表明,交变热应力是影响汽轮机组负荷变动适应能力及寿命损耗的关键因素。汽轮机转子是机组中受力情况最复杂的部位,所以在相当程度上汽轮机转子低周热疲劳寿命代表了整台汽轮机机组的寿命,因此对汽轮机转子进行热应力及寿命损耗监控就有重要意义。采用有限元方法,针对实际转子分析了机组不同运行工况下转子瞬态温度场,在此基础上,基于间接耦合方法计算转子瞬态应力场,由此得到转子危险截面作为重点监测部位,计算了转子瞬态热应力集中系数,并分析了离心力对等效应力影响。动静碰摩是汽轮发电机组经常发生的故障。随着大机组向着高参数、高效率发展,动静间隙变小,碰摩的可能性也随之增加。实际上,碰摩导致的热弯曲对转子动力学特性有很重要的影响,不能被忽视。本文分别对只考虑碰摩和考虑碰摩热弯曲效应两种情况进行了仿真分析,结果表明在考虑了碰摩热弯曲后转子动力学特性与仅考虑碰摩作用时有很大的不同。低周期热应力交变作用,导致转子低周热疲劳损伤。采用基于载荷史寿命评估方法对低周热疲劳寿命进行了分析,这种方法建立在一定的假设及实验基础上,只能给出近似答案,分析结果可能会与实际有较大的偏差。此外采用损伤力学非线性连续损伤模型对疲劳损伤进行了分析,并与等效应变法和线性累积损伤理论进行了对比。

二、转子热应力计算中的有限元方法(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、转子热应力计算中的有限元方法(论文提纲范文)

(1)频繁起动条件下感应电机转子侧温升及受力特性分析研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景和意义
    1.2 电机多物理场计算发展研究现状
        1.2.1 电机温度场分析
        1.2.2 电机热应力分析
        1.2.3 转子断条故障诊断与改进措施
    1.3 本文的主要工作
第2章 感应电机电-磁-温度-应力耦合分析及验证
    2.1 引言
    2.2 损耗计算方法
        2.2.1 定子铜耗计算方法
        2.2.2 转子铜耗计算方法
        2.2.3 铁耗计算模型
        2.2.4 基于时步有限元的感应电机损耗分析软件
    2.3 电机温度场计算方法
        2.3.1 传热学基本理论
        2.3.2 电机散热系数的确定
    2.4 电机转子热应力计算方法
    2.5 仿真算例及实验验证
        2.5.1 有限元模型建立
        2.5.2 测温方案设计
        2.5.3 损耗温升验证
    2.6 本章小结
第3章 频繁起动条件下高压大功率感应电机转子侧温升应力特性分析
    3.1 引言
    3.2 高压大功率感应电机启动特性分析
        3.2.1 电机空载启动过程中温升计算与分析
        3.2.2 不同负载起动温升曲线
        3.2.3 转子侧应力分析
    3.3 高压大功率电机稳态温升特性分析研究
    3.4 本章小结
第4章 避免高电压大功率感应电机转子断条的改进设计及现场应用
    4.1 导条改进方案的提出
        4.1.1 感应电机转子导条优化方案
        4.1.2 高电压大功率感应电机转子导条优化设计
    4.2 导条改进前后电机其它电磁性能比较
        4.2.1 电磁性能比较
        4.2.2 起动性能比较
    4.3 现场应用与验证
    4.4 本章小结
第5章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢

(2)超低温泵用高速永磁电机转子强度和模态分析(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究的目的和意义
    1.2 国内外研究现状分析
        1.2.1 国外研究现状分析
        1.2.2 国内研究现状分析
    1.3 本文研究的主要内容
第2章 热应力转子强度计算模型及影响因素分析
    2.1 转子主要尺寸设计
        2.1.1 转子外径选择
        2.1.2 铁心长度选择
    2.2 转子机械强度计算模型与验证
        2.2.1 过盈量分析
        2.2.2 护套和永磁体之间接触应力分析
        2.2.3 永磁体强度分析
        2.2.4 护套强度分析
        2.2.5 环形永磁体转子结构应力计算与验证
    2.3 以过盈量为基础的有限元方法改进
        2.3.1 解析法理论的有限元方法结果
        2.3.2 模拟现实边界的有限元算法
        2.3.3 改进的有限元算法结果
        2.3.4 三种有限元计算方法对比与总结
    2.4 过盈量对转子强度的影响
    2.5 轴截面应力分布及其削弱方法
        2.5.1 轴截面应力分布
        2.5.2 轴截面两端切向应力削弱方法
    2.6 转子强度的影响因素
        2.6.1 转速对强度的影响
        2.6.2 温度对强度的影响
        2.6.3 转子强度的影响因素对比总结
    2.7 本章小结
第3章 应力奇异及转子结构机械强度研究
    3.1 应力的奇异分析
    3.2 填充物特性对转子强度的影响
        3.2.1 永磁体与护套热应力
        3.2.2 冷态与热态转子可靠性比较
        3.2.3 填充物热应力
    3.3 护套厚度对转子强度的影响
    3.4 护套材料对转子强度的影响
        3.4.1 碳纤维护套保护的转子强度及其热应力
        3.4.2 碳纤维护套与合金护套的对比
    3.5 内置式永磁电机转子机械强度
        3.5.1 加强筋宽度的影响
        3.5.2 加强筋个数的影响
    3.6 本章小结
第4章 模态分析和临界转速计算与分析
    4.1 转轴和转子的设计
    4.2 转子系统的模态分析理论
        4.2.1 模态分析数学模型
    4.3 转轴与转子系统振动模态及振型
        4.3.1 转轴自由振动模态及振型
        4.3.2 转轴约束振动模态及振型
        4.3.3 转子系统自由振动模态及振型
        4.3.4 转子系统约束振动模态及振型
        4.3.5 转轴和转子系统的振动模态分析
    4.4 转子系统临界转速计算
    4.5 轴承对转子系统临界转速的影响
        4.5.1 刚度的影响
        4.5.2 阻尼的影响和旋转软化效应
    4.6 预应力对转子系统临界转速的影响
        4.6.1 离心作用预应力对转子系统临界转速的影响
        4.6.2 温度预应力对转子系统临界转速的影响
    4.7 轴伸长度对转子强度的影响
    4.8 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文
致谢

(3)汽轮机转子损伤分析与启动过程优化研究(论文提纲范文)

致谢
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 汽轮机启动的主要限制条件
    1.3 研究现状
    1.4 研究内容
2 转子损伤的理论分析
    2.1 转子有限元计算
    2.2 疲劳相关理论
    2.3 蠕变相关理论
    2.4 损伤力学相关理论
    2.5 本章小结
3 转子损伤的数值计算
    3.1 转子的模型
    3.2 边界条件
    3.3 机组启动过程与转子疲劳损伤
    3.4 转子的蠕变寿命
    3.5 转子的蠕变-疲劳耦合损伤
    3.6 本章小结
4 汽轮机启动优化
    4.1 启动优化准则
    4.2 寻优计算模型
    4.3 启动优化过程
    4.4 优化前后的转子损伤
    4.5 本章小结
5 研究总结与展望
    5.1 研究总结
    5.2 研究展望
参考文献
作者简历

(4)超超临界汽轮机叶片抗高温氧化机理及热流固耦合研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 选题背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 高温合金的氧化研究现状
        1.2.2 热流固耦合研究现状
    1.3 本文研究内容
    1.4 技术路线图
2 Nimonic80A合金相氧化机理研究
    2.1 引言
    2.2 计算模型和方法
        2.2.1 计算模型
        2.2.2 密度泛函理论
        2.2.3 计算方法
        2.2.4 模型考核
    2.3 合金的抗氧化性分析
        2.3.1 表面稳定性分析
        2.3.2 表面吸附能分析
        2.3.3 空位浓度分析
        2.3.4 电子结构分析
    2.4 本章小结
3 Nimonic80A合金弹性性质的研究
    3.1 引言
    3.2 计算模型
    3.3 分子动力学理论
        3.3.1 力场函数
        3.3.2 统计系综
        3.3.3 温度控制方法
        3.3.4 压力控制方法
    3.4 计算方法
    3.5 模型考核
    3.6 结果分析
        3.6.1 稳定性分析
        3.6.2 弹性性质分析
        3.6.3 各向异性化分析
    3.7 本章小结
4 超超临界汽轮机叶片热-流-固耦合数值模拟
    4.1 引言
    4.2 研究对象
    4.3 几何模型
        4.3.1 模型简化
        4.3.2 建立模型
    4.4 控制方程
    4.5 网格划分
        4.5.1 流体域网格划分
        4.5.2 固体域网格划分
    4.6 边界条件
        4.6.1 流体物性参数
        4.6.2 流体域边界条件
        4.6.3 材料物性参数
        4.6.4 固体域边界条件
    4.7 求解设置
    4.8 模型验证
        4.8.1 流体域网格无关性验证
        4.8.2 数值模型验证
        4.8.3 固体域网格无关性验证
    4.9 汽轮机热流固耦合计算结果分析
        4.9.1 汽轮机热流数值分析
        4.9.2 汽轮机叶片强度分析
    4.10 本章小结
5 不同材料比例对汽轮机强度的影响
    5.1 引言
    5.2 不同钛铝比对叶片变形的影响
    5.3 不同钛铝比对叶片应力的影响
    5.4 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 创新点
    6.3 展望
参考文献
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
致谢

(5)核电站汽轮机快冷技术研究及应用(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 研究背景与问题提出
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究问题
        1.1.3 研究目的和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
        1.2.3 核电与火电快冷不同点分析
    1.3 研究内容与方法
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 研究方法
第2章 快冷方案设计
    2.1 汽轮机结构分析
    2.2 自然冷却分析
    2.3 快冷方案选择
        2.3.1 快冷方式的研究分析
        2.3.2 冷却介质的对比分析
        2.3.3 介质的流动方向
        2.3.4 冷却方案确定
    2.4 快冷安全准则分析
    2.5 本章小结
第3章 汽轮机转子模型分析
    3.1 转子模型假设
        3.1.1 转子结构假设
        3.1.2 能量传递过程假设
    3.2 转子温度场的有限元分析
        3.2.1 转子温度场模型
        3.2.2 温度场的有限元分析
    3.3 转子热应力场的有限元分析
        3.3.1 转子应力场模型
        3.3.2 热应力场的有限元分析
    3.4 有限元方法分析流程
    3.5 本章小结
第4章 转子快冷过程仿真计算
    4.1 快冷模型参数计算
        4.1.1 安全准则相关参数计算
        4.1.2 快冷重要参数计算
    4.2 建模及前处理
    4.3 仿真计算及分析
        4.3.1 温度变化分析
        4.3.2 应力变化分析
        4.3.3 快冷方案优化调整
        4.3.4 转子寿命损耗分析
        4.3.5 胀差分析
    4.4 本章小结
第5章 快冷试验与分析
    5.1 资源准备
        5.1.1 空气压缩机
        5.1.2 快冷装置
        5.1.3 快冷堵头
    5.2 现场投运
        5.2.1 投运先决条件
        5.2.2 主要参数监测
    5.3 实施分析与总结
        5.3.1 实施流程
        5.3.2 分析与总结
    5.4 本章小结
结论
参考文献
致谢
个人简历

(6)恶劣工况下USC汽轮机安全性研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 汽轮机转子的温度场及应力场分析
        1.2.2 转子钢材料的疲劳特性参数的确定问题
        1.2.3 疲劳寿命评价方法
        1.2.4 次同步振荡问题
    1.3 本文研究主要内容
2 汽轮机转子热应力分析理论
    2.1 概述
    2.2 转子的热应力基本方程
        2.2.1 柱坐标系中具有轴对称性结构的热弹性体基本方程
        2.2.2 空心圆筒的热应力
        2.2.3 圆柱的热应力
    2.3 转子热应力分析的有限元方法
        2.3.1 温度场的有限元计算方程
        2.3.2 应力场的有限元计算方程
    2.4 有限元热—结构耦合求解
3 USC汽轮机高压转子启动工况热应力有限元分析
    3.1. 建立高压转子的有限元模型
        3.1.1 高压转子几何建模
        3.1.2 网格划分
        3.1.3 高压转子材料模型
    3.2 高压转子各级蒸汽参数的计算
        3.2.1 计算数学模型
        3.2.2 蒸汽参数计算结果
    3.3 高压转子热边界条件及换热系数的计算
        3.3.1 转子热边界条件的确定
        3.3.2 转子换热系数的计算
    3.4 高压转子温度场及应力场的计算
    3.5 不同温升率的启动过程热应力
        3.5.1 隔离体有限元模型的建立
        3.5.2 边界条件的计算
        3.5.3 有限元分析结果
    3.6 本章小结
4 恶劣工况下USC汽轮机高压转子热应力及敏感性研究
    4.1 甩100%负荷试验高压转子第一级应力计算
    4.2 甩负荷及FCB工况高压转子末级应力计算
        4.2.1 甩负荷工况
        4.2.2 甩负荷和甩负荷FCB工况对比
    4.3 USC机组转子热应力对材料热物性参数的敏感性计算
        4.3.1 边界条件设置
        4.3.2 仿真计算结果
    4.4 本章小结
5 恶劣工况下高压转子寿命损耗
    5.1 汽轮机转子低周疲劳失效
        5.1.1 疲劳失效的基本特征
        5.1.2 转子裂纹形成的机理
        5.1.3 影响低周疲劳的因素
        5.1.4 疲劳特性试验曲线
    5.2 低周疲劳损伤
        5.2.1 积累损伤模型
        5.2.2 连续介质损伤模型
    5.3 汽轮机转子低周疲劳寿命计算方法
        5.3.1 计算前的分析与整理
        5.3.2 低周疲劳裂纹萌生寿命损耗计算
        5.3.3 低周疲劳裂纹扩展寿命计算
    5.4 恶劣工况寿命损耗计算
        5.4.1 高压转子离心应力计算
        5.4.2 甩负荷或FCB工况高压转子寿命损耗
    5.5 本章小结
6 汽轮发电机组次同步振荡相关问题的研究
    6.1 次同步振荡的基本问题
        6.1.1 次同步振荡的类型
        6.1.2 串联补偿电容的作用及其引发次同步谐振的机理
        6.1.3 次同步振荡分析方法
    6.2 次同步振荡的分析模型
        6.2.1 汽轮发电机组扭振监测
        6.2.2 轴系扭振模型
    6.3 基于PSCAD/EMTDC的次同步振荡扭振响应仿真
        6.3.1 SSO仿真系统建模及参数设置
        6.3.2 仿真结果
        6.3.3 SSR阻抗特性仿真
    6.4 次同步振荡预警系统的研发
        6.4.1 系统功能模块设计
        6.4.2 实例分析
    6.5 本章小结
7 全文总结与展望
    7.1 全文总结
    7.2 研究成果与创新点
    7.3 进一步研究展望
参考文献
攻博期间参与的科研项目及取得的成果
致谢
附录1:各级蒸汽参数计算结果
附录2:放热系数计算结果

(7)汽轮机转子热应力及疲劳损伤监测系统开发(论文提纲范文)

附件
摘要
ABSTRACT
目录
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 汽轮机转子热应力及疲劳寿命的研究现状
        1.2.1 国外火电机组热应力和疲劳损伤寿命的研究现状
        1.2.2 国内火电机组热应力和疲劳损伤寿命的研究现状
    1.3 本文的研究内容
第二章 温度场和热应力场的数学模型
    2.1 热应力产生机理
    2.2 导热偏微分方程
    2.3 一维解析递推算法模型
    2.4 一维差分法模型
    2.5 二维有限差分模型
        2.5.1 计算温度场
        2.5.2 热应力模型
    2.6 转子应力合成和热应力集中
    2.7 有限元模型
        2.7.1 温度场模型
        2.7.2 热应力场的数值计算方法
    2.8 本章小结
第三章 有限元法实例及与几种算法的结果对比
    3.1 有限元模型的边界条件
    3.2 有限元模型的计算对象
    3.3 有限元结果与一维解析递推算法结果的比较
    3.4 有限元结果与一维差分法结果的比较
    3.5 有限元结果与二维差分法结果的比较
    3.6 本章小结
第四章 对二维差分算法的改进
    4.1 修正前的二维差分法结果与有限元结果的比较
        4.1.1 线性条件下修正前的二维差分法结果与有限元结果的对比
        4.1.2 非线性条件下修正前的二维差分法结果与有限元结果的对比
    4.2 对体积平均温度的修正
    4.3 修正后的二维差分法与有限元结果的对比
        4.3.1 线性条件下修正后的二维差分法与有限元结果的对比
        4.3.2 蒸汽温度非线性变化时,修正后的二维差分法与有限元结果的对比
    4.4 对转子轴段热应力集中系数的探讨
    4.5 本章小结
第五章 疲劳寿命
    5.1 产生转子裂纹的原因
    5.2 计算低周疲劳寿命损耗的方法
        5.2.1 Manson-Coffin 公式
        5.2.2 全应变的计算
        5.2.3 Coffin 频率修正公式
    5.3 连续介质损伤力学理论
    5.4 本章小结
第六章 热应力及疲劳寿命在线监测系统的开发
    6.1 汽轮机转子热应力和疲劳寿命监测系统的开发
        6.1.1 获取 DCS 数据
        6.1.2 系统的开发运行环境
        6.1.3 系统的主要功能设计
    6.2 汽轮机转子热应力,疲劳寿命损耗在线监测系统简要介绍
    6.3 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 全文总结
    7.2 工作展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的论文

(8)超超临界汽轮机转子热应力预测与研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题的背景及意义
    1.2 西门子1000MW 超超临界汽轮机控制保护系统简介
        1.2.1 系统概述
        1.2.2 控制系统的功能
        1.2.3 汽轮机保护系统
        1.2.4 DEH 硬件的选型及系统配置
        1.2.5 EH 系统
        1.2.6 监测仪表(TSI)
    1.3 国内外研究概况
        1.3.1 汽轮机转子的温度场及应力场分析
        1.3.2 汽轮机转子的热应力在线计算
        1.3.3 汽轮机转子的热应力控制
    1.4 本文的主要工作及论文安排
第二章 汽轮机转子热应力分析理论及COMSOL 简介
    2.1 热-弹塑性理论与有限元方法
        2.1.1 热-弹塑性理论
        2.1.2 建模的基本步骤
        2.1.3 有限元法建模的一般原则
    2.2 COMSOL MULTIPHYSICS软件简介
        2.2.1 COMSOL 应用模块
        2.2.2 使用COMSOL 建模的一般过程
    2.3 小结
第三章 高压转子热应力的有限元计算与分析
    3.1 高压转子的几何建模
    3.2 求解域与边界条件的设置
        3.2.1 求解域的设置
        3.2.2 边界条件的设置
    3.3 网格的划分
    3.4 温度分布的仿真和结果分析
    3.5 小结
第四章 高压转子非线性热应力在线计算
    4.1 现有的汽轮机转子温度在线计算算法
    4.2 热应力在线计算的仿真
    4.3 小结
第五章 汽轮机高压转子的热应力控制策略
    5.1 西门子1000MW 超超临界汽轮机机组热应力计算控制介绍
        5.1.1 西门子应力估算器(TSE)的简介
        5.1.2 西门子应力分析的理论基础
        5.1.3 西门子应力控制(TSC)的概念
    5.2 热应力在线监控
    5.3 基于σ0.2 和σcr 的许用应力计算
    5.4 温度裕度
    5.5 西门子的热应力控制策略--可变温度准则
    5.6 小结
第六章 结论与展望
    6.1 主要结论
    6.2 研究展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文

(9)基于APDL的联合循环汽轮机转子热应力计算及启动优化的研究(论文提纲范文)

致谢
摘要
ABSTRACT
目录
1 绪论
    1.1 燃气-蒸汽联合循环发电的发展历程概述
    1.2 课题的提出及意义
    1.3 国内外研究现状
    1.4 本文的主要工作
2 转子热应力分析及有限元计算
    2.1 转子热应力基本公式
    2.2 有限元分析理论
        2.2.1 有限元方法的发展过程
        2.2.2 有限元方法的基本思想
    2.3 APDL的定义及优点
        2.3.1 APDL的定义
        2.3.2 APDL的优点
    2.4 转子温度场的有限元计算方程
    2.5 转子瞬态应力场的有限元计算方程
    2.6 有限元热-结构耦合求解
3 基于APDL的联合循环汽轮机转子启动热应力计算及分析
    3.1 APDL计算转子热应力过程
    3.2 建立转子有限元模型
        3.2.1 计算对象
        3.2.2 叶片半径等效变换
        3.2.3 建立转子几何模型
        3.2.4 划分网格
        3.2.5 转子材料模型
    3.3 各级蒸汽参数的确定
    3.4 转子边界条件及换热系数
        3.4.1 转子热边界条件的确定
        3.4.2 转子换热系数的计算
        3.4.3 蒸汽性质的计算
    3.5 转子温度场的计算
        3.5.1 转子初始温度场的计算
        3.5.2 瞬态温度场的计算
    3.6 转子应力场的计算
        3.6.1 转子离心力的计算
        3.6.2 MISES准则
        3.6.3 瞬态MISES应力场的计算
    3.7 计算结果后处理
    3.8 本章小结
4 转子的热应力计算实例与分析
    4.1 主要监测点的标注
    4.2 转子初温为350℃时采用温态方式启动的热应力计算与分析
        4.2.1 转子初温为350℃时采用温态方式启动的启动曲线
        4.2.2 转子初温为350℃时采用温态方式启动的温度场和应力场的计算
        4.2.3 转子初温为350℃时采用温态方式启动的温度场和应力场的分析
    4.3 转子初温为350℃时采用热态方式启动的热应力的计算与分析
        4.3.1 转子初温为350℃时采用热态方式的启动曲线
        4.3.2 转子初温为350℃时采用热态方式启动的温度场和应力场的计算
        4.3.3 转子初温为350℃时采用热态方式启动的温度场和应力场的分析
    4.4 转子初温为43℃时采用冷态方式启动热应力的计算与分析
        4.4.1 转子初温为43℃时采用冷态方式启动的启动曲线
        4.4.2 转子初温为43℃时采用冷态方式启动的温度场和应力场的计算
        4.4.3 转子初温为43℃时采用冷态方式启动的温度场和应力场的分析
    4.5 转子初温为28℃时采用冷态方式启动热应力的计算与分析
        4.5.1 转子初温为28℃时采用冷态方式启动的启动曲线
        4.5.2 转子初温为28℃时采用冷态方式启动的转子温度场和应力场的计算
        4.5.3 转子初温为28℃时采用冷态方式启动转子的温度场和应力场的分析
    4.6 转子初温为190℃时采用温态方式启动热应力的计算和分析
        4.6.1 转子初温为190℃时采用温态方式启动的启动曲线
        4.6.2 转子初温为190℃时采用温态方式启动的温度场和应力场的计算
        4.6.3 转子190℃采用温态启动转子温度场和应力场的分析
    4.7 本章小结
5 转子低周疲劳寿命计算及失效分析
    5.1 转子低周疲劳失效
        5.1.1 转子寿命损耗
        5.1.2 影响低周疲劳的因素
        5.1.3 疲劳特性实验曲线
    5.2 汽轮机转子低周疲劳寿命计算
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
作者简历

(10)汽轮机转子热应力及寿命分析(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 国内外研究综述
        1.2.1 汽轮机转子温度场及应力场研究综述
        1.2.2 转子碰摩热弯曲研究综述
        1.2.3 低周热疲劳分析研究综述
    1.3 本文研究内容
第2章 汽轮机转子热力耦合有限元分析
    2.1 引言
    2.2 热力耦合有限元分析原理
        2.2.1 瞬态温度场原理
        2.2.2 瞬态应力场原理
    2.3 汽轮机转子热力耦合分析
        2.3.1 转子模型建立
        2.3.2 转子瞬态温度场分析
        2.3.3 转子瞬态应力场分析
    2.4 本章小结
第3章 转子碰摩热弯曲分析
    3.1 转子碰摩及碰摩热弯曲模型
        3.1.1 碰摩力数学模型
        3.1.2 碰摩热弯曲模型
    3.2 非线性问题数值求解
    3.3 碰摩及碰摩热弯曲仿真
        3.3.1 碰摩仿真
        3.3.2 碰摩热弯曲仿真
    3.4 本章小结
第4章 转子低周热疲劳寿命分析
    4.1 疲劳分析理论基础
        4.1.1 疲劳裂纹形成寿命估算
        4.1.2 疲劳裂纹扩展寿命估算
        4.1.3 低周疲劳问题
    4.2 基于载荷史疲劳寿命分析研究
        4.2.1 局部应力应变法
        4.2.2 载荷谱处理
        4.2.3 损伤参量寿命关系
        4.2.4 累积损伤理论
        4.2.5 计算结果及分析
    4.3 疲劳损伤力学研究
        4.3.1 损伤力学概述
        4.3.2 非线性连续损伤力学模型
        4.3.3 计算结果及分析
    4.4 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢

四、转子热应力计算中的有限元方法(论文参考文献)

  • [1]频繁起动条件下感应电机转子侧温升及受力特性分析研究[D]. 郭星岚. 华北电力大学(北京), 2021(01)
  • [2]超低温泵用高速永磁电机转子强度和模态分析[D]. 王必成. 哈尔滨理工大学, 2021(09)
  • [3]汽轮机转子损伤分析与启动过程优化研究[D]. 刘盛龙. 浙江大学, 2020(07)
  • [4]超超临界汽轮机叶片抗高温氧化机理及热流固耦合研究[D]. 耿毫伟. 郑州大学, 2020(03)
  • [5]核电站汽轮机快冷技术研究及应用[D]. 刘德金. 哈尔滨工业大学, 2019(02)
  • [6]恶劣工况下USC汽轮机安全性研究[D]. 杨毅. 武汉大学, 2016(01)
  • [7]汽轮机转子热应力及疲劳损伤监测系统开发[D]. 黄柳燕. 上海交通大学, 2014(06)
  • [8]超超临界汽轮机转子热应力预测与研究[D]. 祁昊. 上海交通大学, 2011(07)
  • [9]基于APDL的联合循环汽轮机转子热应力计算及启动优化的研究[D]. 郑李鹏. 浙江大学, 2011(07)
  • [10]汽轮机转子热应力及寿命分析[D]. 黄世勇. 哈尔滨工业大学, 2007(03)

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转子热应力计算中的有限元法
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