文档介绍：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
都含有一定量的铬、镍、钼、锰等合金元素,加入这些元素可以提高钢的淬透性,增加钢的强度,其中钼可以减小钢的回火脆性,铬、钼、钨、钒则可提高钢的热强性。
汽轮机组功率不同,转子的制造方法也不同,小功率机组主轴与叶轮分开制造,而后用热套法整装成转子;中等功率机组,转子采用一部分叶轮与主轴锻成一个整体(一般是高压段),另一部分叶轮采用热套法整装;大功率机组,高压转子为整体锻造,而低压转子是焊接而成的。
34CrMo钢用作480℃以下的汽轮机的主轴有较好的工艺性能和较高的热强性,长时期使用组织也比较稳定。若工作温度超过480℃时热强性就有明显降低。
17CrMo1V钢用于工作温度520℃以下的汽轮机、燃气轮机和压气机的焊接转子。对17CrMo1V钢焊接时,必须严格控制预热温度,焊后应立即进行高温回火。
27Cr2Mo1V钢中铬和铂钼的含量均较多,有较好的制造工艺性能和热强性,可用来制造工作温度540℃以下的汽轮机整锻转子和叶轮。若用来制造转子和叶轮,均需要经过两次正火加回火处理。第一次正火970~990℃空冷,第二次正火930~950℃空冷,回火680~700℃炉冷。
高温、高压大功率汽轮机的启动和带负荷,特别是冷态启动过程要求十分严格,对转子和汽缸的热应力要进行严密监视。因为在机组启动和带负荷过程中,汽轮机转子及汽缸温度 变化将产生很大的热应力。如果启动过程控制不好,将影响汽轮机的使用寿命,甚至损坏设 备。
除了汽轮机冷态启动和带负荷,产生热应力外,其热态启动和主蒸汽温度变化同样对汽轮机热应力产生不良影响。因此加强机炉的配合,提高锅炉的运行可靠性是一个非常重要的问题。
汽缸和转子在启动和负荷变化过程中,本身的温度分布是不均匀的,受蒸汽冲刷的表面温度高,金属内部温度低,高、中压转子进汽部分表面温度较高,中心孔温度较低,沿着转子半径存在着一个由里向外温度逐步增高的温度梯度。这个温度梯度使金属各部分膨胀不同,因而产生机械应力,这种由热产生的机械应力定义为热应力。
众所周知,由转子附近蒸汽参数变化所引起的热应力,可由下式描述:
(1)
式中:为转子表面热应力,E为弹性模量,为热胀系数,为泊桑比,Ts为转子表面金属温度,T为转子容积平均温度。
当传热条件、温度分布及金属材料性能已知时,转子在温度变化时的热应力可以通过式(1)计算,并简化为:
=*(Ts―T) (2)
式(2)表明,在汽轮机启动及变负荷时,对温度的限制也就是对汽轮机热应力的限制,使其不超过允许值。
汽缸与转子表面之间的传热系数取决于相对速度和工质特性,如导热性、粘度和密度等。通过运行试验表明,从蒸汽到转子表面的传热系数的近似计算公式完全可以满足运行控制要求。
h=+55p (3)
式中,h为从蒸汽到转子表面的传热系数;n为汽轮机转子的转速;p为汽轮机第一级蒸汽压力。
汽轮机转子是―个高速旋转的部件。由于转子自身的离心