超超临界汽轮机高压转子汽封流固耦合激振及转子高温强度若干问题研究

• 作 者: 王炜哲
• 机 构: 上海交通大学
• 出 处: 上海交通大学
• 发表日期: 2010年期
• 关键词: 超超临界汽轮机 动力特性 高温蠕变 高周疲劳 安全特性 数值模拟 高压转子汽封

随着高性能大容量旋转机械在工业中的广泛应用,工质参数不断提高,密度增大、流速提高、流体对旋转转子的作用力增强,从而对旋转机械的动力特性和安全特性产生影响。本文以数值模拟手段研究了高压流体流经密封—转子系统时对旋转转子运转的影响以及高温部件高温蠕变和高周疲劳特性。对比分析了国产1000MW超超临界机组13级叶项密封、13级隔板密封以及高压缸平衡活塞密封气动力对转子动力特性的影响;建立了实际气体为工作介质的密封一转子系统非线性动力特性数学模型,分析了实际气体性质对动特性的影响;此外,还针对国产660MW超超临界机组高压转子,分析了其在设计工况下高温蠕变和高周疲劳强度特性。　　
针对首台国产1000MW超超临界机组高压转子系统内各级密封,在设计工况下,用本文编制的水蒸汽流动数学模型进行了密封内流体对转子动特性分析,并对比分析了13级叶顶密封、13级隔板密封以及高压平衡活塞密封的气动力动特性系数。详细分析了热力参数、密封结构参数对气动力动特性系数的影响。　　
此外,本文还对复杂齿型结构的密封—转子系统流固耦合动力特性非线性特征及非线性问题处理方法尝试提出一些求解的方法。分别针对密封齿腔和齿间隙流动,建立了非线性气动力模型,进而对两自由度Jeffcott单盘转子系统以及四自由度Jeffcott单盘转子系统分别进行了系统的流固耦合非线性分析。其目的在于为研究复杂齿型结构密封非线性流固耦合提供可行性技术。此外,针对实际气体为工作介质的密封一转子系统,应用建立的非线性数学模型进行了转子系统的动特性分析,并对比分析了实际气体模型与理想气体模型之间热力参数的计算结果,为工程实际应用机组设计。　　
此外,本文还针对国产660MW超超临界机组高压转子,在设计工况下高温部件的高温蠕变、高周疲劳进行了强度分析,并应用连续性损伤力学模型,对高温蠕变—高周疲劳耦合作用对高压转子的强度影响进行了理论分析。