074转子变形应力分析
汽轮机转子应力影响因素分析
掣 【 （ １ 一 ∥ ） ｚ ＋ ３ ＋ ］
【 Ｊ
式 中： ｖ 一柏松 比； ｋ 一内外径之 比。 因叶轮产生的切向应力 ：
作者简介 ： 尉万红（ １ ９ ７ ２ 一 ） ， 男， 工程师 ， 从事 火力发 电厂的生产技 术管理 工作 ， 主要研 究方向是汽轮机的节能管理分析 。
Ｏ ｔ ｆ ０ ２ ｔ ． １ Ｏ ｔ １ “ ｌ Ｉ
一
（ １ ）
ｆ Ｉ ： 。 ＝
（ ２ ）
ａ ｆ Ｉ Ｌ 一 （ ， 卜 、 Ｊ
可得 由于 （ 一 ） 的热 冲击导致转子温 ）
莲
ｒ ＝ ＋ 。 一 Ⅱ 一 ｚ Ｂ ：
３ ｍ －２［ Ｉ ＋ （
式 中： ｍ一柏松 比的倒数 ； ｒ ｉ 一转子 内径 ； ｒ ２ 一转子外径 ； （ ｏ 一转动角 速度 。转子 中心孔表面离心力包 括两项 ： 转轴旋转 时 自重引起 的切 向离心力和 由于叶轮所 产生 的切 向离心力 。 旋转时 ， 转轴 自 重引起 的切 向离心力 为 ：
（ ４ ）
据上式求得 由于热 （ 冷 ）冲击在转子外表面产生 的热应力为 ： 壁
吣 ＝
ｃ
ｅ ｏ
】 （ ５
上式可表示为 ａ ｃ － Ａ ￣ Ｔ ｅ 的形式 。Ａ由材料 的尺寸 及物性参数 决定 ， △ 丁 为蒸 汽与金 属表面 的温差 ， Ｂ为应力 的衰减 系数 ， Ｔ为 时 间 。由此可见 ， 影响冲击应力的因素为蒸汽与金属 的温差 以及材料 的温度 。 ３转子离心力的计算 汽轮机转子外 表面叶轮根部 向轴面过渡区离心力计算表达式 ：
时也 会 发生 。
叼 ． ｌ ＋ｋ ２
竺
） ＋（
㈣
高速电机转子机械应力及动力学特性研究
摘要高速电机具有功率密度高、体积小和动态响应快等优点，对于减少装备体积和重量，提高设备性能等方面具有重要的意义，已在机械工业和国防工业等各方面获得了广泛认可和应用。
由于高速电机转速非常高且转速有待上升的趋势，这给电机设计中涉及到转子部件应力的准确计算和动力学特性分析带来了一定的难度。
因为如果设计不合理非常容易导致转子部件破坏和碰磨甚至共振故障的发生。
因此，研究高速电机机械应力及其动力学特性对于保障高速电机的安全可靠运转是非常有必要的。
本课题以两台不同类型电机为研究对象，分别针对电机转子的机械应力和动力学特性问题进行深入的分析和研究。
首先，综合考虑转子部件接触处的过盈量、转子旋转时承受本身质量引起的离心力和温度场对转子部件应力的影响，根据材料力学和弹性力学的理论知识建立转子部件在不同状态下的应力解析模型，在此基础上以转子两部件间的动态过盈量大于零为限制条件，结合材料强度准则提出并确定了转子极限参数解析表达式。
其次，以一台异步电机为算例，采用建立的转子部件应力解析模型，来研究该电机转子部件在不同状态下的应力分布规律，不同参数对转子护套与短路环间的接触压力及护套最大米泽斯(Mises)应力的影响规律；运用极限参数解析表达式求解该算例电机转子极限参数，对比算例电机参数值，证明了极限参数解析表达式的正确性。
采用有限元法对该电机转子部件在不同状态下所承受的应力及其分布规律进行仿真，并与解析法计算的结果进行对比，通过对比分析，证明了建立的高速电机转子部件在不同状态下应力解析模型的正确性。
最后，以一台永磁同步电机为算例，利用ANSYS软件建立了高速电机转子动力学特性分析的计算模型，运用该模型计算并分析了转子系统临界转速、在临界转速下的振型和不平衡响应。
在此基础上研究不同参数对转子系统临界转速和不平衡响应的影响。
通过试验模态方法和传递矩阵法测量和计算电机转子在自由-自由状态下的前三阶弯曲固有频率，验证了转子动力学特性分析的计算模型在该状态下的正确性。
转子弯曲的静变形
转子弯曲的静变形是指转子在静止状态下，由于材料本身的内应力、加工工艺等因素导致的弯曲变形。
这种情况通常会影响转子的稳定性和性能，需要进行相应的处理。
导致转子弯曲静变形的因素有很多，包括材料质量、加工工艺、装配精度等。
在制造过程中，如果转子材料的质量不均匀，或者加工过程中存在应力集中，都可能导致转子弯曲。
此外，装配精度也会影响转子的稳定性，如果轴承、轴瓦等部件的配合不当，也会导致转子弯曲。
当转子出现弯曲静变形时，转子的形状和尺寸会发生改变，导致转子的平衡状态被破坏，进而影响其旋转性能。
具体来说，转子弯曲会导致旋转时产生振动和噪声，甚至可能导致轴承磨损、断裂等严重问题。
因此，对于转子弯曲的静变形，必须进行及时的处理，以保证转子的稳定性和可靠性。
处理转子弯曲静变形的方法包括校直、热处理、更换材料等。
校直是一种常用的方法，通过人工或机械手段将弯曲的转子重新拉直。
这种方法通常适用于较小的弯曲变形，而且需要专业的设备和技能。
热处理是一种更有效的方法，通过加热和冷却转子，改变其内部的应力分布，从而达到消除弯曲变形的目的。
这种方法需要专业的热处理设备和技术，而且可能对转子的寿命和性能产生一定的影响。
如果以上两种方法都无法解决问题，可能需要更换转子材料，选择更适宜的材料类型和性能参数，以保证转子的稳定性和可靠性。
总之，转子弯曲的静变形是影响转子稳定性和性能的重要因素之一，需要采取相应的处理方法进行及时的处理。
常见的处理方法包括校直、热处理和更换材料等。
在处理过程中，需要综合考虑各种因素，选择最适合的方法，以保证转子的稳定性和可靠性。
转子挤压组合凹模的应力分析
转子毛坯挤压组合 凹模应力分析。 已知 ： 内层凹模
材料许用应力［ 】 ３０ Ｍ ａ中、 ＝ ２０ Ｐ ， 外层加强圈材料许
用应力［ ］＝［ ］ １０ Ｍ ａ 凹模各圈材料 的弹性 ２ ＝ ５０ Ｐ ，
模量 Ｅ ２１ ｌ Ｐ ， ＝ ． ＯＭ ａ泊松 比 ＝ ． ４ ｘ ０ ９ 。凹模工作时的 ２
传统的转子类零件 ， 利用 ２Ｇ 圆钢经车削 、 ０ｒ 磨削 、 热处理等方法加工 ， 材料利用率低 （ 不超过 ５％） 生 ０ ， 产效率低 ， 成本高。 为改善传统工艺方法的不足 ，拟采用新的工艺方 案。新方案以 ２ 号圆钢为原材料 ， ０ 以精密挤压成形为
主要成 形方法 。
合场分析等问题 ， 能实现多场及多场耦合分析 ， 实现前
限元分析软件 Ａ ｓｓ ｎｙ 对转子 的组合凹模进行 了分析 ， 为转子组合凹模 的优化设计提供 了依 据。
关键词 ： 组合 凹模 ；应力分析 ；优化设计；有 限元
１ 引 言
触单元 、热分析单元及其它特殊单元 ，能解决结构静
力、 结构动力 、 结构非线性 ， — Ｙ Ａ应用 、 Ｉ ＤＮ Ｓ 热分析 、 耦
内压力 ｐ １０ Ｍ ａ ｔ ９ ０ Ｐ ，内压力作用于凹模侧壁全长上 ， ＝ 凹模总高 Ｈ ２ ｍ 见图 １ ＝ ５ ｍ， 所示 。
合凹模的等效应力、 接触压力进行分析 ， 为组合凹模设
计提供了新的依据。 ２ Ａ Ｓ Ｓ软件介绍 ＮＹ Ａ ＳＳ Ｎ Ｙ 软件是 由美国 Ａ Ｓ Ｓ Ｎ Ｙ 公司研制开发的大
ｐ
图 １ 组合 凹模示意图
型通用有限元分析软件 ， 它提供 了丰富的结构单元 ， 接
发电机转子变形原因
序号
变形原因
描述
1
转子不平衡
转子上的质点产生的离心力不平衡，导致转子在转动过程中发生振动，长期振动可能引发变形。
2
转子热变形
发电机组工作一段时间后，转子温度升高，材质内应力释放，导致转子变形。这种变形可能是临时性的，也可能是永久性的。
3
蒸汽参数影响
转子在运行过程中受到蒸汽参数（如温度、Biblioteka 力等）的影响，导致转子变形。4
材质缺陷
转子材质不均匀或存在缺陷，受热后膨胀不均匀，引发热弯曲变形。
5
残余应力释放
转子在制造过程中可能存在的残余应力，在受热后应力释放，导致转子变形。
6
上下缸温差
停机后转子上部温度高于下部，导致热弯曲。投盘车后需要较长时间才能恢复，若盘车时间短则开机后可能出现振动。
7
外部介质进入
水或冷蒸汽等外部介质进入汽缸并与转子接触，导致局部温度降低，引发热弯曲。
8
动静摩擦
转子与静止部件的间隙消失时发生动静摩擦，使接触处温度升高，导致转子温度分布不对称，引发热弯曲。
9
中心孔进油
转子中心孔进油后，油在孔内形成汽化-凝结循环，对转子产生不对称的冷却或加热，导致热弯曲。
10
套装叶轮松动
套装叶轮松动导致热阻变化，使转子与叶轮接触部位温度不均匀，引发热弯曲。
11
冷却不均匀
发电机转子冷却不均匀也可能导致热弯曲，特别是当转子截面存在温度不对称时。
12
内摩擦力
转子内部存在较大的内摩擦力时，也可能在特定条件下引发变形。
13
短路故障
定子短路等电气故障可能导致电流异常，进而引发转子温度异常和变形。
14
浅谈汽轮机转子弯曲变形原因分析及修复方法与预防
浅谈汽轮机转子弯曲变形原因分析及修复方法与预防青岛鸿瑞电力工程咨询有限公司山东青岛 266100摘要：汽轮机也称蒸汽透平发动机，是能将蒸汽热能转化为机械功的回转式机械，是一种旋转式蒸汽动力装置，来自锅炉的蒸汽进入汽轮机后，依次经过一系列环形配置的喷嘴和动叶，高温高压蒸汽穿过固定喷嘴成为加速的汽流后喷射到叶片上，使装有叶片排的转子旋转，将蒸汽的热能转化为汽轮机转子旋转的机械能。
同时，对外做功。
在运行过程中，汽轮机转子一方面需要承受汽流的作用力和叶轮本身离心力所引起的应力，另一方面，承受由蒸汽温差所引起的热应力等，检维修或操作不当容易引起汽轮机转子产生弯曲变形。
关键词：汽轮机；转子；弯曲变形；修复1 转子变形某化工企业拥有80万吨/年硫酸装置（以下简称装置）2009年配套安装一台B6-3.3/0.6型、6MW背压式汽轮机，用于驱动AV80-4轴流压缩机以提供装置升温、焚硫炉燃烧等生产用气。
2019年6月25日，因装置酸泵电机出现故障而使装置停车，装置停车时并未将汽轮机进行停车处理，而是将汽轮机转速从3950转/分钟逐步降至1000转/分钟运行。
约3小时后装置恢复开车时同步提高汽轮机转速开车运行，转速提升过程中，发现汽轮机进汽侧、排汽侧转子振动大。
机组振动逐步上升，转速提升20分钟时，汽轮机排汽侧和进汽侧振动值升至500μm，于是，于当天22:03分紧急停下汽轮机后盘车。
由于机轮机机组在1000转/分钟状态下运行约3小时未出现振动情况，紧急停车后盘车期间也没有找到振动大的原因，为进一步查找汽轮机振动大的原因，紧急停车30分钟后于22:35分再次冲转汽轮机至500～600转/分钟，此时汽轮机振动在18～51μm，振动值明显高于大修后开车时10～15μm的振动值，为避免汽轮机转子变形，汽轮机在500～600转/分钟运行30分钟后停机进入盘车状态。
经技术人员分析，汽轮机在低转速运行时间过长，汽轮机的转子、汽缸膨胀不同步,引起局部动静摩擦,产生振动大，于是，决定将机组盘车3小时后再冲转观察。
074转子变形应力分析
SciFEA 转子变形应力分析计算
转子运用于汽轮机，发电机，电动机以及离心机，气体压缩机等典型的旋转 机器，机器运转时，转子常常发生振动。振动的害处是产生噪声，减低机器的的 工作效率；严重的振动会使元件断裂，造成事故。 本文用 Scifea 对转子转动进行数值模拟研究转子的力学问题。
图 1-15
超算有限元分析系统(SciFEA)用于弹性力学、传热、渗流、电磁等问题的有限元计算模 拟。自主品牌的全中文界面软件，方便客户使用
图 1-11 1.1.1.f 有限元计算
转化数据消息框
(1) 单击工具条中的
按钮弹出如图 1-12 所示计算模拟窗口。
图 1-12
计算模拟窗口
1.1.2 结果分析 对计算结果进行分析属于后处理，GID 提供了丰富的后处理操作，可以从 不同角度，不同方式来输出计算结果。 (1) 点击工具菜单中的 进入后处理，如图 1-13 所示。
1.1.1.c 设置材料参数和边界条件
(1)
选择“前处理”—>“材料参数”按钮，如图 1-3 所示。或者单击工 具条中的 按钮弹出如图 1-4 所示材料参数数据输入表格。
图 1-3 选择材料参数输入
图 1-4 填写完成热参数 1.1.1.d 建模、设置材料属性和施加边界条件
(1) 启动 GID 以创建模型。 单击工具条中的 初始化窗口。
图 1-7 ②施加载荷。点击线单元按钮 如图 1-8 所示。 ，选中下拉菜单中的“surface-aet3” ，最后得到
图 1-8 施加载荷
需要说明的是，这几步定义材料，施加载荷的操作没有先后顺序要求，但必须保 证不能遗漏某个条件的定义。
汽轮机转子永久弯曲原因分析及检修分析 贺雅鑫
汽轮机转子永久弯曲原因分析及检修分析贺雅鑫发表时间：2020-01-16T10:11:14.767Z 来源：《基层建设》2019年第28期作者：贺雅鑫[导读] 摘要：文章先分析了汽轮机转子产生永久性弯曲问题的原因，随后介绍了汽轮机转子永久性弯曲的检测，最后介绍了汽轮机直轴方法以及适用范围，希望能给相关人士提供有效参考。
内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司内蒙古鄂尔多斯市 017400摘要：文章先分析了汽轮机转子产生永久性弯曲问题的原因，随后介绍了汽轮机转子永久性弯曲的检测，最后介绍了汽轮机直轴方法以及适用范围，希望能给相关人士提供有效参考。
关键词：汽轮机转子；永久弯曲；原因分析引言：汽轮机转子出现永久性弯曲问题属于发电厂中的恶性事故，其不但会导致机组非计划停运时间增加，同时还需要投入大量检修费用，是发电厂极力避免的事件，但因为运行启停过程中出现操作失误、检修、安装、设计等方面的不当措施，导致经常出现汽轮机转子弯曲的问题，严重影响机组的运行稳定性和安全性。
一、汽轮机转子出现永久性弯曲的原因（一）强烈振动在实际运行过程中，机组会因为各种原因产生振动，当振动较为强烈时会导致动静部位发生摩擦，使摩擦部位金属温度升高，而摩擦产生的热量主要是顺着转子进行传导的，热量聚集无法散出，会降低材料屈服强度并产生热应力，而热应力过高还会导致转子产生变形问题，朝着摩擦的一侧弯曲凸起，使变形和摩擦问题加重。
转子发热区域的金属在温度升高的背景下会朝着四周膨胀，但周围冷金属会在一定程度上抑制该种膨胀问题的出现，最终在发热区域的金属会形成一种压力，在相应的温度状态下，该种压力会进一步超越金属材料屈服点，转子冷却后，便会朝着摩擦区域反方向弯曲，导致出现转子永久性弯曲。
如果摩擦部位应力尚未超出其弹性极限，则在转子冷却后依然可以恢复到原来的状态。
（二）对轴封、隔板汽封调整不合理在检修安装过程中，对轴封、隔板汽封调整操作不够合理，使汽封块的退让间隙不满足基本要求，发生动静摩擦，摩擦部位温度持续升高，转子发生弯曲。
发电机甩负荷-转子表面承受应力原因分析
发电机甩负荷，转子表面承受应力原因分析机组甩负荷也要分多种情况，所以转子表面在不同情况不同时间所受应力也有不同，有时是受到交变应力的影响：(1) 当由电气原因造成机组甩负荷时，则发电机甩去全部或大部分负荷（仅剩下厂用电负荷），这时机组最显著的特征是转速升高，若汽轮机调速系统的动态特性不理想，就会造成汽轮机超速保护动作而停机。
这时由于转速上升，使汽缸内鼓风摩擦热量增加，同时转子内部受到泊桑效应影响收缩变短，再加上转子表面暂时受热膨胀，所以瞬间是受到压应力。
但是后期由于汽机调门的关小，转速下降且蒸汽量减少的同时转子又受到冷却，故此时转为收缩受阻，所以承受拉应力。
(2) 当由汽轮机保护动作造成机组甩负荷时，则发电机组会甩去全部负荷，此时机组转速与甩负荷前相比基本不变。
由于高中压自动主汽门的关闭，切断了进入汽轮机的所有蒸汽，此时机组得以维持稳定转速全靠电网的返送电，即发电机组变为电动机运行模式，称为逆功率运行，在逆功率运行期间由于鼓风摩擦热量的存在，转子表面冷却影响不大。
但目前大型机组一般都有逆功率保护联跳发电机，此时由于转速的下降再加上无蒸汽进入汽轮机，通过汽轮机通流部分的蒸汽温度将发生大幅度的降低，使汽缸、转子表面受到急剧冷却，致使其中产生很大的热应力，这时转子表面主要应该是受拉应力。
(3) 当由部分主汽门或部分调门突关造成机组甩负荷时，则发电机组仅甩去部分负荷，机组转速保持不变。
其甩负荷量视突然关闭的主调门的通流量，占机组当时进汽量的份额而定，同时也与主调门的类别有关。
此类甩负荷后机组负荷发生了大幅度的变化，则进入汽轮机的蒸汽量随之而减小，由于调速汽门的节流作用，通过汽轮机通流部分的蒸汽温度将发生大幅度的降低，使汽缸、转子表面受到急剧冷却，转子表面收缩受阻，故无疑同样是受拉应力。
航空发动机涡轮盘应力分析张倩1汤旭1王天一1
航空发动机涡轮盘应力分析张倩1 汤旭1 王天一1发布时间：2023-06-02T09:11:01.305Z 来源：《中国科技人才》2023年6期作者：张倩1 汤旭1 王天一1[导读] 为研究航空发动机涡轮盘的应力情况，对涡轮盘进行应力分析研究，研究结构参数对周向应力、径向应力和等效应力的影响和变化规律。
结果表明：周向应力沿径向线性分布，但是随着温差的减小，直线拟合度越来越低；径向应力沿径向按二次曲线规律变化。
同时这也是涡轮盘优化设计、缩短结构与强度迭代周期必要的技术储备，可以为航空发动机涡轮盘的轻量化设计提供参考。
1. 中国航发沈阳发动机研究所沈阳 110015摘要：为研究航空发动机涡轮盘的应力情况，对涡轮盘进行应力分析研究，研究结构参数对周向应力、径向应力和等效应力的影响和变化规律。
结果表明：周向应力沿径向线性分布，但是随着温差的减小，直线拟合度越来越低；径向应力沿径向按二次曲线规律变化。
同时这也是涡轮盘优化设计、缩短结构与强度迭代周期必要的技术储备，可以为航空发动机涡轮盘的轻量化设计提供参考。
关键词：航空发动机；涡轮盘；应力分析Stress Analysis of Aero-engine Turbine DiskZHANG Qian1 TANG Xu1 WANG Tian-yi1（1. AECC Shenyang Engine Research Institution，Shenyang 110015，China）Abstract：In order to study the stress of aero-engine turbine disk，conduct stress analysis and research on the turbine disk，study the influence and variation rule of structural parameters on circumferential stress，radial stress and equivalent stress. The results show that：radial linear distribution of circumferential stress，however，as the temperature difference decreases，the straight-line fitting becomes lower and lower；radial stress changes along the radial direction according to a quadratic curve rule. At the same time，this is also a necessary technical reserve for optimizing the design of turbine disks and shortening the iteration cycle of structure and strength，which can provide a reference for lightweight design of aero-engine turbine disks.引言高压涡轮作为航空发动机的热端部件，长期处在高温、高负荷、高转速、大功率的工作环境下，工作条件十分苛刻。
汽轮机转子等效应力的计算方法对比及预测分析
汽轮机转子等效应力的计算方法对比及预测分析汽轮机转子等效应力的计算方法对比及预测分析汽轮机是一种常见的能量转换设备，被广泛应用于电力、航空航天等行业。
其中，汽轮机转子的受力情况对其运行性能和寿命有着重要影响。
因此，准确地计算和预测汽轮机转子的等效应力是至关重要的。
汽轮机转子在运行过程中，会受到来自高温、高速气体流体的冲击、离心力、热应力等多种作用力。
为了准确地计算转子的等效应力，目前主要使用的计算方法有静态弹性解法、有限元法、边界元法等。
静态弹性解法是一种经典方法，简化了转子和叶轮的结构，将转子看作悬臂梁，通过解悬臂梁的弯曲理论，计算出转子的应变和应力。
此方法计算简便，适用于转子受力较小的情况，但对复杂结构的转子将产生较大误差。
有限元法是一种广泛使用的计算方法，它将转子划分为多个小单元，通过求解单元的位移、应变及应力，得到整个转子的应力分布情况。
该方法具有高精度、广适性的优势，可以准确地模拟转子的受力情况，但需要大量的计算资源和较长的计算时间。
边界元法是一种基于边界元素的计算方法，与有限元法相比，它仅在轴对称的边界上建立单元，通过边界上的力和力矩来计算转子的应力。
该方法具有高精度、计算效率高的优势，尤其适用于轴对称结构的转子计算，但对非轴对称的转子计算结果会有一定的误差。
针对汽轮机转子等效应力的计算方法，需要根据具体情况选择合适的方法。
在设计阶段，可以使用静态弹性解法进行初步计算，快速评估转子的受力情况。
对于复杂结构的转子，可以应用有限元法进行更为准确的计算。
而在实际运行过程中，为了减少计算量和提高计算效率，边界元法是一个可行的选择。
除了计算转子等效应力外，还需要对转子进行预测分析，以了解其寿命和故障情况。
目前，常用的预测方法有振动分析、疲劳分析和模态分析等。
振动分析是一种监测转子运行状态的方法，通过测量和分析转子的振动信号，可以及时发现转子的振动异常，从而预测转子的故障和损伤。
疲劳分析则是通过疲劳寿命理论和实验数据，对转子的疲劳性能进行分析和预测。
汽轮机转子应力论文
汽轮机转子应力分析
摘要：转子中心孔的裂纹多为径向裂纹，促使其发展的主应力
为切向应力，因此在启动过程中，汽轮机转子中心孔处是转子受力
的最大部位，要防止该初出现脆断和裂纹。
关键词：汽轮机转子应力分析
汽轮机转子是主轴和叶轮的组合部件，转子是汽轮机设备的心脏。
随着高温高压大容量锅炉汽轮机机组的发展，汽轮机转子的重
量和尺寸也愈来愈大。
高压蒸汽喷射到工作叶片后，转动力矩由叶
轮传到主轴。
主轴不但承受扭矩和由自重引起的弯矩作用，而且因
为主轴较长，过热蒸汽自第一级至最末级叶轮其温度是逐渐在降低的，由于这种不均匀的温度分布，主轴还要承受温度梯度所造成的
热应力。
此外，主轴还要受到因振动所产生的附加应力和发电机短
路时产生的巨大扭转应力及冲击载荷的复杂作用。
叶轮是装配在主轴上的，在高速旋转时，圆周线速度很大，出
于离心力的作用产生巨大的切向和径向应力，其中轮毂部分受力最大。
叶轮也要受到振动应力和毂孔与轴之间的压缩应力。
高参数大
功率机组的转子因在高温蒸汽区工作，还要考虑到材料的蠕变、腐蚀、热疲劳、持久强度、断裂韧性等问题。
1 汽轮机转子的材料要求
(1)严格控制钢的化学成分。
钢中含硫量不大于0．035％(酸性平炉钢)或0．030％(碱性电炉钢)；铜的含量应低于0．25％；含锡的钢材，钼的含量不允许低于下限，钢中的气体(如氢等)应尽量。
新能源汽车高速电机转子总成强度分析
2018年第9期转子总成是新能源汽车电机的核心零件，电机结构的复杂性主要取决于转子结构的多样性。
在高速旋转下的转子，提供足够的动力驱使减速器，对转子的结构是满足机械，强度，刚度方面的极限要求[1-2]，能够保证在电机在高速运转时能稳定的工作，振动小，不被破坏；同时高速旋转，转子受到强大的离心力作用，使得电机轴和转子冲片发生形变，呈现非线性接触[3]，为此必须要对电机转子结构的机械强度进行计算。
随着计算机水平的不断提高，有限元理论的深入研究。
NX 、ANSYS 、ABQUS 等三维建模和有限元软件在汽车工程领域得到广泛的应用，利用已有的软件对电机转子进行理论计算和强度分析[4-5]，缩短研发周期，并给设计人员提供了有力的依据。
以某新能源汽车电机转子为研究对象，在15000rmp 、转矩350Nm 作用下，建立电机转子受力计算模型，计算电机轴的最大剪切应力、挠度、强度以及安全系数；电机轴与转子的接触应力计算。
借助有限元的方法完成上述仿真分析。
1电机转子结构对于高速永磁电机而言，转子需要满足机械强度要求，由于转子离心力大小与电机转速的平方成正比，转子半径的平方成正比，因此在15000rmp 高转速下，转子承受强大的离心力作用，为了减小离心力的作用在满足旋转磁场的前提下尽可能的减小转子的半径。
经过初步方案设计，转子冲片采用硅钢，转子外圈半径为135mm ，转子冲片总高度为140mm ，转子转速15000rmp ，转矩350Nm ，重量15kg ，加速度为10g 。
以此为基础做深入研究。
通过有限元仿真进行分析，如图1所示电机转子结构。
2电机轴强度仿真图2为电机轴三维数模，电机轴材料为20CrMnTi ，弹性模量为2.12×105MPa ，泊松比为0.289，剪切强度为460~512MPa 。
仿真分析工况根据设计要求，工况1对电机轴施加350Nm 的转矩仿真，工况2对电机轴的偏心质量在15000rmp 转速下受到离心力以及转子质量在10g 加速度共同作用下的挠度分析。
汽轮机转子裂纹原因分析及运行安全措施
汽轮机转子裂纹原因分析及运行安全措施1.原因分析1.1轴向应力过大：汽轮机转子在运行过程中承受着巨大的轴向应力，如果应力过大或者应力分布不均匀，就可能导致转子出现裂纹。
1.2温度变化引起的热应力：汽轮机转子在运行时，温度会不断变化，而不同部分的热膨胀系数有所不同，温度变化会导致转子出现热应力，如果热应力过大，就可能导致裂纹的产生和扩展。
1.3转子的金属疲劳：汽轮机转子在长期运行过程中，受到旋转和循环载荷的作用，会引起金属疲劳，从而导致转子出现裂纹。
1.4腐蚀和侵蚀：因为运行环境的原因，汽轮机转子受到腐蚀和侵蚀的风险，这些因素会导致转子的金属结构发生变化，从而引起裂纹。
为了确保汽轮机转子的安全运行，以下是一些常用的安全措施：2.1转子材料选择：应选择具有良好的强度和耐疲劳性能的合金材料作为转子的制造材料，以减少转子出现裂纹的概率。
2.2应力分析和检测：在汽轮机转子的设计和制造过程中，应进行应力分析和检测，以确保转子的应力分布均匀，并及时发现转子上的裂纹。
2.3温度和热应力控制：通过合理的温度和热应力控制，可以减少转子的热应力，防止转子出现裂纹。
2.4润滑和冷却：合理的润滑和冷却系统可以降低转子的摩擦和热量，保持转子的温度在安全范围内，减少裂纹的产生。
2.5检修和维护：定期对汽轮机进行检修和维护是确保转子安全运行的重要手段，及时发现和修复转子上的裂纹，防止裂纹扩展。
2.6环境保护和监测：汽轮机运行的环境应保持干燥、无腐蚀性气体和化学物质，并定期进行环境监测，防止腐蚀和侵蚀导致转子裂纹的产生。
总之，汽轮机转子裂纹的产生是受到多种原因的影响，为了确保转子的运行安全，应采取适当的措施来控制转子的应力、温度和磨损，并进行定期的检修和维护工作。
汽轮机转子温度场和应力场的有限元分析
汽轮机转子温度场和应力场的有限元分析陈四利1 , 杨凤1 , 金生吉1 , 张超群2 , 陈凯2 , 鲍文博1( 1 . 沈阳工业大学建筑工程学院, 沈阳110023 ; 2 .辽宁省电力科学研究院, 沈阳110000)摘要: 应用现有的有限元计算程序,对高压转子进行温度场和应力场计算分析.首先利用最小二乘法导出放热系数的计算公式,并用Fo rt r an 语言编制了适用计算各种汽轮机转子的放热系数的程序,然后利用有限元软件计算了高压转子在各种工况下的温度场和应力场.最后根据计算和分析结果,对汽轮机机组的安全运行提出了有实际工程意义的建议.并以鞍山第二发电厂一号机组为例进行了验证, 得出利用该程序可以解决其他类似各种转子的温度场和应力场的计算问题.关键词: 汽轮机; 温度场; 应力场; 放热系数; 有限元法中图分类号: TB 131 文献标识码: AFinite elem ent anal ysis of temp eratu re and stress f iel ds of steam tu rbine rotorCH EN Si2li1 , Y A N G Feng1 , J IN Sheng2ji1 , ZHA N G Chao2qun2 , CH EN Kai2 , BAO Wen2bo1( 1. S chool of Archit ect u re Eng ineering , Shenyang U n iversit y of Technology , Shenyang 110023 , C hina ; 2 .Liao n ing Academe of Elect r ic Po wer S cience , Shenyang 110000 , China)Abstract : The aim of t h is investigati o n is to apply f inite element calculati o n p ro g ra m to analyze t h e tem perat ure and st ress fields of steam t urbine roto r . A fo r mula to calculate t he radiative coefficient of t h e roto r was derived by numeric analysis. Based o n Fo rt ran language , t he p ro gra m suitable fo r calculating t h e radiative coeff icient of vari o us steam t urbine roto rs was wo r ked o ut . B ot h te m perat ure and st ress fi elds of steam t urbine roto r under different operating co nditi o ns were calculated using finite element sof t ware . S o m e suggesti o ns fo r safe operati o n of steam t urbine set s were p ropo sed , and t he veri ficat i o n was perfo r med wi t h taking t h e steam t u rbine roto r in A nshan Seco n d Power Plant as an exa m ple . It is suggested t h at t h e p r opo s ed p r ogram can be also used fo r calculating t h e te m perat u re and st r ess fields of ot h er similar roto r s.K ey w ords : steam t u rbine ; tem perat u re f ield ; st r ess field ; radiative coefficient ; finite ele ment汽轮机又称“蒸汽透平”是将蒸汽的热能转换成机械功的一种旋转式原动机. 在转换过程中,由于汽轮机转子和中心孔都将与不同温度和压力的蒸汽接触,特别在启停过程中温度和压力变化更大,这必然导致一些部位存在很大温差,产生热应力,其热应力的大小将直接影响汽轮机转子的使用寿命. 又由于气缸制造工艺和材料的改进,特别是采用双层气缸结构,气缸热应力得到缓解,而转子随着机组容量的增加,直径不断增大,热应力急剧增加,转子条件更为恶劣. 因此,研究汽轮机转子热应力已成为保证机组安全、经济运行的重要课题1 - 2 .本文对鞍山第二发电厂1 号机组高压汽轮机转子进行温度场和应力场计算和分析,考虑到汽轮机转子结构本身是非常复杂的,所以采用了现有的有限元程序对其进行研究,并根据分析计算结果对汽轮机在使用时应该注意的问题提出了合理的建议.1 汽轮机转子的有限元模型由于汽轮机转子本身是一个复杂的部件,不仅结构相对较复杂,而且其边界条件也是与很多收稿日期: 2006 - 05 - 26 .基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 50437010) .作者简介: 陈四利(1959 - ) ,男,辽宁绥中人,教授,博士,主要从事土木工程等方面的研究.沈 阳 工 业 大 学 学 报 第 29 卷126因素有关 ,更加显得其计算的复杂性 ,所以在不影 响温度场和应力场计算准确性的前提下 ,尽量使 得计算趋于简单化 ,有必要在温度场计算时 ,对其做如下假设3:1) 假设转子为无限长圆筒体 ,可以简化为轴对称问题来进行计算.2) 假设转子的初始温度均匀 ,且与蒸汽的温 度相等.3) 转子流场分布在周向基本一致 ,其边界条件表面的放热系数可以看作是轴对称的.111 汽轮机转子的几何模型由于转子的弹性槽处是热应力特别敏感和集 中的部位 ,不能对其简化 ,而且尺寸应尽量准确. 基于以上原则 ,对鞍山第二发电厂 1 号机组高压 汽轮机转子的有限元模型分析如图 1 所示 ,图中 单位为 mm.图 1 汽轮机转子的几何模型Fig. 1G eo m et r ic m o del of st eam t u rb ine roto r112 网格划分 根据转子的几何模型来进行网格划分 ,由文 献 10 可知 ,有限元的网格是程序自己来完成的 , 一般情况下 ,自由划分网格程序能够很好的划分 转子边界形状不规则的区域. 在进行热分析时 ,应 该选用热分析单元类型中的四节点轴对称单元 , 且温度是一个自由度的单元. 热应力分析时 ,采用 的是与其对应的结构分析单元 4 .根据分析 ,转子沿轴向的最大应力总是出现在高压转子前轴封第一弹性槽槽底圆角处 ,调节 级后侧叶轮根部过渡圆角及轴肩处等. 因此这些部位势必在第一次粗网格划分的基础上 ,进行第 二次细网格划分 ,这样不需进行两次计算. 虽然增 加了模型的复杂程度和计算工作量 ,却能更真实 的体现实际工作情况5 - 6 . 经 过 两 次 网 格 密 分 , 鞍山钢铁厂的 1 号机组汽轮机高压转子共划分为 12 840 个单元和 14 591 个节点. 其有限元网格划 分如图 2 所示.图 2 汽轮机转子的网络划分模型Fig. 2 Mesh divid in g mo del of st eam t u rb ine ro to r113 材料属性由于 35CrMo 钢是在温度 500 度时能够长期 工作 , 但 是 材 料 特 性 会 随 着 温 度 的 变 化 而 变 由于汽轮机转子结构复杂 ,叶片形状不规则 和换热不规则等造成汽轮机转子的温度场和热应 力计算相当困难 ,不论从人力物力上还是从计算 经济效益上看都是不适当的 . 这就要求在计算不 失真的条件下在边界条件上对其进行处理8.) 由于最大应力处不会出现在叶轮外表面化7 . 在有限元程序分析中必须把材料定义成非 线性的. 表 1 列出 35CrMo 钢的材料特性 .114 边界条件表 1 35CrMo 钢的材料特性M a terial characters of 35CrMo steelT a b . 1 温度/ ℃100200 300 400 500 600 700 Cp / (103 J ·m - 1 ·K - 1 ) λ/ (102 W ·m - 1 ·K )α/ (106 m 2 ·s - 1)γ/ (106·K - 1) 21516 21477 101800 12147021599 21477 101100 13105021611 21440 91100 13156021657 21410 71900 14100021716 21381 61700 14135021799 21356 51800 141640- 21331- 141380注 : Cp ———比热 ,λ———导热率 ,α———导温系数 ,γ———线膨胀系数第 2 期陈四利 ,等 : 汽轮机转子温度场和应力场的有限元分析 12701000 08 T 5 - 01008 T 4 + 01262 8 T 3而且叶轮和转子轴部是镶嵌在内部的 ,为了避免 考虑叶轮和转子接触问题的分析 ,本文提出了一 个新设想 ,即把叶轮从转子中抽出 ,但在计算热应 力时必须把它的离心力看成均布载荷加上 ,这样边界条件简化了 ,又考虑了叶轮的离心力的影响 ,对于最后计算结果不会产生很大误差 .2) 转子左右断面是截断面 ,热流密度小 , 有限元计算中可作为绝热处理.3) 在温度场的计算过程中 ,将中心孔作为对 称轴 ,而中心处无热源 ,也与外界无热交换 ,也可 绝热处理 ,属于第一类边界条件. 11411 放热系数转子启动和停止过程中 ,放热系数是时间和 空间上的函数 ,进行温度场分析时必须先确定放 热系数 ,当今已有很多文献在此方面有一定程度 的研究 ,但是得出的公式大都在极小范围内适用 , 而转子的温度变化非常大 ,不太适合. 本文总结前 人的经验 ,首先利用最小二乘法算出运动粘度系 数和导热系数与时间的关系 ,再结合外文资料特 别是前苏联和美国西屋公司得出公式9,进行修改导出了放热系数的计算公式.该公式将转子表面分成 4 种基本类型 ( 叶轮 两侧 、光轴 、汽封和叶轮顶部) 分别计算 ,并将该公 式 编 制 出 一 套 适 合 计 算 转 子 放 热 系 数 公 式 的 FO R T RA N E 语言程序 ,计算流程如图 3 所示. 其 计算公式如下 .λ0= - 31354 4 T 2 + 91600 1 T + 6411181) 叶轮两侧的放热系数α = 01675 u 015 v - 015 R - 015λ ( 1) 图 3 放热系数计算流程图Flo w chart of calcu lating radiative coefficientb 02) 光轴的放热系数α = 01062 4 v 0168 R - 0131λFig. 3 ( 2)11412 放热系数的计算结果利用该公式 ,对鞍山第二发电厂的 1 号机组转子进行了计算 ,得出叶轮两侧 、光轴 、汽封和叶轮顶部的放热系数. 高压部分放热系数随时间的 变化关系如图 4 所示 ,轴封处放热系数随时间的 变化关系如图 5 所示.a 03) 汽封的放热系数α = 01083 5 V a δ0176 v - 016 a - 01085 b- 01075u - 1λ04) 叶轮顶部的放热系数α = 01070 7 r 0λ0式中 : u ———外缘处的圆周速度 , m/ s ;R b ———叶轮外缘处半径 , m ;R a ———光轴的外半径 , m ;δ———汽封间隙 , m ;a ———汽封齿距 , m ;b ———转子表面到汽封环的高度 , m ;V a ———缝隙中蒸汽的平均速度 , m/ s ; v ———为运动粘度系数 , m 2/ s . ( 3) ( 4)2 温度场和应力场的结果分析利用有限元程序对鞍山第二发电厂 1 号机组 进行了计算 ,得出了冷态启动 ,热态启动 ,稳态运 行及各种负荷运行等各个工况下的温度场和应力场的计算结果 . 为了节省篇幅本文直接列出停机 过程中某个时刻的温度场和应力场计算结果. 如图 6 和图 7 所示.v = 01000 03 T5- 01003 1 T4+ 01137 T321620 9 T 2+ 191831 T + 661559λ0 ———蒸汽导热系数 , kJ / mh ℃ -沈 阳 工 业 大 学 学 报 第 29 卷128图 4 高压部分放热系数随时间的变化关系Relatio n ship bet w een time and rad iative coefficientin high p r essure ro tor图 5 Fig. 5 轴封处放热系数随时间的变化关系Relatio n ship bet w een time and rad iativecoefficient in axial sealFig. 4 图 6 转子停机 96 min 时的温度场Temp erat u re field of ro to r af t er shut d o wn fo r 96 minFig. 6图 7 转子停止 48 min 时的应力场S t r ess dist r ibutio n of rotor af t er shut d o wn for 48 minFig. 7 211 温度场的分析 由于转子在停机过程中 ,温度是随着时间的 变化而变化 ,而在转子表面和中心孔的温度均下降 ,但中心孔下降得比表面的要慢 ,这样就形成了 温度差. 所以由图 6 可以看到温度都是从转子外 表面向内表面传递 ,使得各个部位的温度是不相 等的 , 而且在调节级处的温度相对较大 , 在停机96 min 之后温度就可以达到大约 518 ℃. 特别是在弹性槽部位其温度达到更大 ,而且变化也相对 较大. 在叶轮处的温度也是相对较大 ,停机 96 min 后温度大约为 400 ℃. 从停机的计算结果中还可 以看出最大温差发生在停止过程中的某个时刻.212 应力场的分析图 7 列出了停机 48 min 时高压转子的应力 场分布. 对其进行分析 ,可以看出 ,在叶轮根部 ,轴 封前轴及弹性槽等部位存在着不同程度的应力集 中现象 ,其值最大达到 440 M Pa . 中心孔表面不存 在应力集中 ,其值相对较小仅为 22 M Pa . 产生这 种现象的原因从温度场的分析结果可以看出 ,在 这些部位的温度变化最大 ,应力也相对大 . 又由于 在叶轮的根部还存在叶片对其的离心力作用 ,蒸 汽的冲击使得这个位置的应力非常大 ,最大甚至 为 100 M P a . 当进入稳定运行的情况下 ,应力明显下降 ,在 30 min 内 ,应力下降达到 30 %～60 %. 从 各种工况运行的情况下 ,可以发现转子的热应力第 2 期陈四利 ,等 : 汽轮机转子温度场和应力场的有限元分析 129在带负荷和加负荷情况下 ,由于负荷和蒸汽流量 43 - 48 .( YUAN Peng 2f ei , SHEN G De 2r en. 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Bei jing : Wat er C o nservatio n and Elect ric Po wer Press ,2001 . )(责任编辑 :王艳香 英文审校 :王世杰)的增加 ,使得放热系数变大 ,热应力自然增加10.3 结论与建议3利用现有的有限元程序分析了高压转子在各 种工况下的温度场和应力场 ,推导出了放热系数 的计算公式 ,并编制了计算程序 ,所得到的分析结 果符合工程实际.在转子运动过程中 ,温度在变化 ,在某些部位 产生应力集中 ,为了减轻这种现象 ,本文提出以下 几点建议 :1) 由于在弹性槽处存在很大的应力集中 ,可以将弹性槽变成圆形 ,或变宽. 若减小槽的深度 , 也可以在一定程度上减小其应力集中. 要是可能 的话 ,还可以取消弹性槽.2) 在使用的过程中 ,应尽量减小汽轮机机组 的启停过程 ,尽量进行热态启动 ,这样就减小了转 子的损耗.3) 由于在弹性槽 、轴封 、调节级叶轮根部存 在应力集中 ,平时使用时应该隔一段时间对其进 行检修 ,有必要对其进行重点监控 .4) 在冷却方式上也可作些改进 ,尽量使冷却过程均匀 ,热冲击小 ,这样也可减小热应力集中问 题 .注 :本文计算应用的有限元软件是由辽宁电力科学 研究院提供的 ansys 正版软件. 456789参考文献 :1刘署 ,陈洁. 125M W 汽轮机转子热应力计算及应用 J . 长沙电力学院学报 ,2002 ,17 (4) :52 - 55 .(L IU Shu , CHEN J i e. C aculatio n and a pplicatio n of t h ermal st r ess fo r 125 M W st eam t u rb ine ro to r J . Jo ur nal of Changsha U n iversit y of Elect r ic Po wer ,2002 ,17 (4) :52 - 55 . )袁鹏飞 ,盛德仁. 汽轮机转子热疲劳寿 命 损 耗 监 测 面的有限元分析 J . 电站系统工程 , 2004 , 20 ( 2 ) :102。
汽轮机转子热应力及寿命分析
汽轮机转子热应力及寿命分析汽轮机转子是汽轮机的重要组成部分，其运行状态直接影响到整个汽轮机的性能和安全性。
然而，汽轮机转子在运行过程中会受到各种应力的作用，其中热应力是最重要的应力之一。
汽轮机转子的寿命也是一个需要的问题，因为转子的寿命直接关系到汽轮机的运行效率和安全性。
因此，本文将重点探讨汽轮机转子的热应力及寿命分析。
在汽轮机运行过程中，转子会受到高温高压蒸汽的作用，从而产生热应力。
热应力是由于转子不同部位的温度差异引起的，当高温蒸汽与较低温度的转子材料接触时，会使转子材料产生膨胀，但是由于转子的高速旋转，使得转子材料不能自由膨胀，从而产生热应力。
这种热应力会随着蒸汽温度的变化而变化，对转子的材料产生不同程度的影响。
汽轮机转子的寿命是指其能够安全、有效地运行的时间。
然而，由于各种应力的作用，包括热应力、离心应力、蠕变应力等，都会对转子的寿命产生影响。
其中，热应力是影响转子寿命的最主要因素之一。
热应力会使转子材料产生疲劳裂纹，随着应力的增加，裂纹会逐渐扩展，最终导致转子破裂或者严重变形。
热应力还会加速转子材料的蠕变过程，使材料的机械性能下降，从而导致转子的寿命缩短。
为了解决上述问题，需要采取一系列措施来提高汽轮机转子的寿命和稳定性。
可以改善转子的设计，使其在运行过程中更加稳定，减少热应力的产生。
例如，可以优化转子的结构，采用更高级的抗疲劳制造技术等。
加强转子的防腐蚀处理也是提高其寿命的重要措施之一。
腐蚀不仅会削弱转子的强度，还会破坏其表面光滑度，从而增大热应力的产生。
因此，采用耐腐蚀材料、对转子进行涂层处理等可以有效提高其寿命。
采用先进的监控技术对转子进行实时监测也是延长其寿命的有效手段。
例如，利用非接触式监测方法对转子进行实时监测，及时发现并处理存在的故障和问题。
汽轮机转子的热应力及寿命分析是汽轮机设计和运行过程中的重要问题。
通过对其热应力产生的原因和影响进行分析，采取相应的措施来提高转子的寿命和稳定性，对于保障汽轮机的安全性和效率具有重要意义。
发电机甩负荷,转子表面承受应力原因分析
发电机甩负荷，转子表面承受应力原因分析机组甩负荷也要分多种情况，所以转子表面在不同情况不同时间所受应力也有不同，有时是受到交变应力的影响：(1) 当由电气原因造成机组甩负荷时，则发电机甩去全部或大部分负荷（仅剩下厂用电负荷），这时机组最显著的特征是转速升高，若汽轮机调速系统的动态特性不理想，就会造成汽轮机超速保护动作而停机。
这时由于转速上升，使汽缸内鼓风摩擦热量增加，同时转子内部受到泊桑效应影响收缩变短，再加上转子表面暂时受热膨胀，所以瞬间是受到压应力。
但是后期由于汽机调门的关小，转速下降且蒸汽量减少的同时转子又受到冷却，故此时转为收缩受阻，所以承受拉应力。
(2) 当由汽轮机保护动作造成机组甩负荷时，则发电机组会甩去全部负荷，此时机组转速与甩负荷前相比基本不变。
由于高中压自动主汽门的关闭，切断了进入汽轮机的所有蒸汽，此时机组得以维持稳定转速全靠电网的返送电，即发电机组变为电动机运行模式，称为逆功率运行，在逆功率运行期间由于鼓风摩擦热量的存在，转子表面冷却影响不大。
但目前大型机组一般都有逆功率保护联跳发电机，此时由于转速的下降再加上无蒸汽进入汽轮机，通过汽轮机通流部分的蒸汽温度将发生大幅度的降低，使汽缸、转子表面受到急剧冷却，致使其中产生很大的热应力，这时转子表面主要应该是受拉应力。
(3) 当由部分主汽门或部分调门突关造成机组甩负荷时，则发电机组仅甩去部分负荷，机组转速保持不变。
其甩负荷量视突然关闭的主调门的通流量，占机组当时进汽量的份额而定，同时也与主调门的类别有关。
此类甩负荷后机组负荷发生了大幅度的变化，则进入汽轮机的蒸汽量随之而减小，由于调速汽门的节流作用，通过汽轮机通流部分的蒸汽温度将发生大幅度的降低，使汽缸、转子表面受到急剧冷却，转子表面收缩受阻，故无疑同样是受拉应力。
转子叶片三维实体建模与应力分析
转子叶片三维实体建模与应力分析李丽霞;陆林【摘要】A three-dimensional rotor blade solid model is created through CAD software CAXA. The model is then transferred into the CAE software Patran for finite element analysis. Homogeneous distributed tangential force load is applied along the top part of the blades to analyze the stress and displacement distribution law. It is shown that the displacements of the blades are the same and the maximum value occurs on the lop. For the mises and tangential stress with the same distribution law, the largest values occur at the foot of the blades. The results are believed to be useful for the experimental research on the rotor blade system as numeric references.%使用CAD软件CAXA建立三维转子叶片系统实体模型,将模型导入CAE软件Patran中进行有限元分析.在叶片顶端施加均匀剪切载荷,分析转子和叶片中的应力位移分布规律.结果表明各个叶片位移分布相同,顶端位移最大.Mises应力和剪切应力则在叶片根部最大.Mises应力和剪切应力沿叶片径向分布规律相同.所得结果可以为实验研究转子叶片系统提供数值参考.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2011(000)025【总页数】3页(P6214-6216)【关键词】CAXA;Patran;应力;位移【作者】李丽霞;陆林【作者单位】中国飞机强度研究所,西安710065;中国飞机强度研究所,西安710065【正文语种】中文【中图分类】TP391.72转子结构复杂，工作条件下测系统的应变、位移在实际操作中很难实现。
汽轮机转子永久弯曲原因分析及检修中检查处理
摘要:本文就汽轮机转子弯曲的机理进行简单介绍，着重分析了汽轮机转子发生永久性弯曲的原因，并详细介绍了汽轮机本体检修中常用的转子弯曲检查、测量方法，最后介绍了几种常用的直轴方法，以期对汽轮机转子的精细检修和安全运行起到指导作用。
关键词:汽轮机转子弯曲原因测量0引言汽轮机是高速旋转的机械，转子在高温高压的工作环境下工作，除了在动叶通道完成能量转换、传递扭矩外，还要承受很大的离心力、热应力及振动产生的动应力。
为了保证汽轮机能长期安全稳定运行，在汽轮机转子制造时应精密，调整、安装、检修时应精细准确。
汽轮机转子发生永久性弯曲,是火力发电厂的重大恶性事故之一,它不仅增加机组的非计划停运时间,而且还要耗用相当多的检修费用,是火力发电厂绝对不愿发生的事。
但由于运行启停操作失误，设计、安装、检修不当，汽轮机转子弯曲时有发生，对机组安全稳定运行带来很大威胁，甚至造成巨大经济损失，应引起汽轮机检修、运行人员的足够重视。
一般情况下，转子重心偏移0.10mm 便不可能运行。
按机械工业部标准3000r/min 的汽轮机转子最大弯曲值不应大于0.03mm。
本文就汽轮机转子弯曲的机理进行简单介绍，着重分析了汽轮机转子发生永久性弯曲的原因，并详细介绍了汽轮机本体检修中常用的转子弯曲检查、测量方法，并介绍了几种常用的直轴方法与适用范围。
1汽轮机转子弯曲的机理汽轮机转子弯曲通常分为热弹性弯曲和永久性弯曲。
热弹性弯曲是指转子内部温度分布不均匀，转子受热后膨胀不均而造成的弯曲。
当转子内部温度均匀后这种热弯曲会自然消失，永久性弯曲则不同，当转子局部区域受到急骤加热(或冷却)而该区域与其它部位产生很大的温度偏差，受热部位热膨胀受到约束产生巨大的压应力。
当其应力值超过转子材料的屈服极限时，转子局部便产生压缩塑性变形。
当转子内部温度均匀后，该部位将有残存拉应力，塑性变形不消失，从而造成转子的永久性弯曲。
2汽轮机转子发生永久性弯曲的原因汽轮机转子发生永久性弯曲的原因是多方面的。
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图 1-11 1.1.1.f 有限元计算
转化数据消息框
(1) 单击工具条中的
按钮弹出如图 1-12 所示计算模拟窗口。
图 1-12
计算模拟窗口
1.1.2 结果分析 对计算结果进行分析属于后处理，GID 提供了丰富的后处理操作，可以从 不同角度，不同方式来输出计算结果。 (1) 点击工具菜单中的 进入后处理，如图 1-13 所示。
(2) (3)
点击“挂载模块列表”栏中的“转子变形应力”选项。如图 1-1 所 示。 点击确定，出现挂载成功的提示，关闭窗口。
1.1.1.b 选择项目
(4)
选择“项目”—>“新建项目”菜单或选择新建项目按钮 图 1-1 所示的对话框。
弹出如
图 1-2 选择项目类型对话框
(2)点击“问题类型”栏中的“转子变形应力”选项。如图 1-2 所示。 (3)点击“OK”按钮完成项目类型的选择。
图 1-15
超算有限元分析系统(SciFEA)用于弹性力学、传热、渗流、电磁等问题的有限元计算模 拟。自主品牌的全中文界面软件，方便客户使用
按钮弹出如图 1-5 所示前处理
图 1-5 前处理初始化窗口
(2) 建模。 a. 点击菜单【Geometry】-【Create】-【Line】 ，在命令栏依次输入点坐标：
图 1-6 建成的模型图 (4). 定义材料特性、施加载荷约束。点击菜单【 Data 】 - 【 Conditions 】弹出 “Conditions”对话框。 ① 定义材料。点击表示面单元的按钮 rotatrza” ，最后得到如图 1-7 所示 ： ，选中下拉菜单中的“ line －
E=1e10， =0.3， r =0， =0， =1。参数用户可以根据需要进行修改。
1.1.1 求解步骤
1.1.1.a 模块挂载
(1)
启动 SciFEA，选择“工具”—>“模块加载”弹出如图 1-1 所示的 对话框。点击确定，出现挂载成功的提示，关闭窗口。
图 1-1
模块加载对话框
图 1-13 进入后处理结果分析
(2)点击菜单【Files】-【Postprocess】进入后处理程序。 (3)点击菜单【View results】-【Contour fill】-【unoda0】显示沿 x 方向的位移 云图，如图 1-14 所示。
图 1-14 3)点击菜单【View results】-【Contour fill】-【unodb0】显示沿 x 方向的应力 云图，如图 1-15 所示。
图 1-7 ②施加载荷。点击线单元按钮 如图 1-8 所示。 ，选中下拉菜单中的“surface-aet3” ，最后得到
图 1-8 施加载荷
需要说明的是，这几步定义材料，施加载荷的操作没有先后顺序要求，但必须保 证不能遗漏某个条件的定义。
1.1.1.e 划分网格和导出数据
(1).划分网格。点击菜单【Meshing】-【Generate】 ，要求定义单元尺寸大小， 点击“OK”按钮，此时弹出“Progress in meshing”进度条，网格划分完毕后弹 出消息框显示总的单元数和节点数，如图 1-9 所示。
r 1 r r r r 2 r r r
1 r 2 r 0 r r r
极坐标下轴对称转子的物理方程：
(1)
(2)
r
1 ( r ) E 1 ( r ) E
图 1-9 划分网格得到的单元节点信息
点击“OK”按钮后即可得到划分完的网格模型，如图 1-10
图 1-10 网格图
(2)
把前处理数据转化为 SciFEA 所需计算格式。点击【Files】-【Save】 菜单，保存为 GID 文件。点击菜单【Calculate】-【Calculate】 ，弹出 “process info”消息框，如图 1-11 所示，点击“ok”按钮，然后退出 Gid，至此前处理工作结束。
(3)
(4)
r 0
极坐标下轴对称转子的几何方程：
(5)
r
r r
(6)
r 1 r r
(7)
r 0
(8)
其中：E为弹性模量， 为泊松比， r 为径向的体积力， 为环向体积力， 为
角速度。
1.2 边界条件 将转子轴向下边界的位移约束为0 1.3 计算参数
SciFEA 转子变形应力分析计算
转子运用于汽轮机，发电机，电动机以及离心机，气体压缩机等典型的旋转 机器，机器运转时，转子常常发生振动。振动的害处是产生噪声，减低机器的的 工作效率；严重的振动会使元件断裂，造成事故。 本文用 Scifea 对转子转动进行数值模拟研究转子的力学问题。
1 问题描述
1.1 转子变形应力变形平衡方程 极坐标下轴对称转子的平衡微分方程：
1.1.1.c 设置材料参数和边界条件
(1)
选择“前处理”—>“材料参数”按钮，如图 1-3 所示。或者单击工 具条中的 按钮弹出如图 1-4 所示材料参数数据输入表格。
图 1-3 选择材料参数输入
图 1-4 填写完成热参数 1.1.1.d 建模、设置材料属性和施加边界条件
(1) 启动 GID 以创建模型。 单击工具条中的 初始化窗口。