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节
能
ENERGYCONSERVATION
2011年第10期（总第350期）
基于有限元的汽轮机调节级温度场研究
王玉庆'，王鹅飞'，刘峰
（1.河北工程大学水电学院，河北邯郸056021；2.空军第94287部队，山东威海264411）摘要：针对汽轮机在启停以及变负荷运行等非稳定工况时，主要部件温度梯度较大，导致机组寿命损耗。利用ANSYS有限元分析软件，通过对汽轮机调节级温度场进行仿具，为其他各级进行建模仿真以及整个汽轮机转予的温度分布和热应力分析提供了理论基础，并为机组的启动优化提供了参考。关键词：汽轮机；调节级；温度场；ANSYS
中图分类号：TK262文献标识码：A文章编号：1004-7948(2011)10-0012-03 doi;103969/j. issn, 1004 7948. 2011. 10. 003
引言
汽轮机在启动、停机以及变负荷等非稳定工况下运行时，各级处在不同的汽参数下，机组部件要经常承受剧烈的温度变化，从而在汽轮机转子、汽缸、法兰等厚壁部件内部将产生较大的温度梯度，并由此产生交变热应力，导致机组寿命损耗]。因此，对机组各个部件的温度场模拟，已成为研究汽轮机各部件的热应力、危险点的必须前提。
由于转子的结构、边界条件极其复杂，采用解析方法一般很难得到其准确的温度、应力分布。随着计算机技术的发展，CAE技术已经达到实用化阶段，其中，ANSYS是国际上许多CAE软件中最流行的有限元分析软件(2)。ANSYS热分析模块利用模型的几何参数，材料热性能参数以及所施加的边界条件，生成完整的温度场。利用ANSYS软件可以比较准确地得到模型在一定受热条件下的温度场数据，可以利用其分析结果对设备进行改造或作为运行的指导。
本文利用ANSYS有限元分析软件通过对调节级温度场进行仿真，为其他各级进行建模仿真以及整个汽轮机转子的温度分布和热应力分析提供
了理论基础，并为机组的优化启动提供了参考。 1汽轮机转子参数和几何模型
本文研究的汽轮机型号为：N300-16.7/538/ 538，中心孔半径0.1m，光轴半径0.34m，调节级半径0.55m，轴向长度0.73m，转子总长6984mm。
万方数据
为了减少机组运行时的轴向推力，该300MW 机组在设计和制造上采用了高、中压合缸对称布置。高中压转子采用整锻结构，材料采用 30Cr1MoV高温耐热合金钢。为了便于计算，认为高中压转子是一处于非稳态条件下的、均匀的、各向同性且无内热源的三维轴对称物体。材料参数如表1所示。
表1材料30CriMoV的参数
盈度/℃ 100 200 300 400 500
热容/kcal-(kg·)-1
导热系数/W-(m-K)-1
35.60 33.84 31.88 30. 12 28.38
0. 1124 0. 1223 0. 1345 0.1464 0. 1586
汽轮机高中压转子（1/4)几何模型的建立如图1所示。
图1汽轮机高中压转子(1/4)几何模型
取调节级部分，选取10°的模型并进行网格化分如图2、图3所示。