国内外研究综述在对旋转接头的研究中,主要分析研究其结构特征以及热力状况,如强度分析、温度场和应力场分析等。但是由于旋转接头一般用于工况较为复杂的环境,对于其温度和应力的测量都很难直接得到,因此一般都是通过建立模型,,通过分析计算得到其数据信息。在模型分析中,有限元法是非常重要的研究方法。有限元建模的主要思想就是将求解域划分为一系列的微小单元,然后通过建立单元节点之间的计算方程进行计算求解。在旋转接头的温度场和应力场分析计算时,主要有直接耦合和间接耦合两种方法[2]。65972
1 旋转接头温度场和应力场的分析
任平珍等[3]较全面地分析了由于热负荷对于航空发动机转子弯曲变形的影响,以及热变形对于转子振动的数值分析。利用三维的有限元模型计算了分析了转轴的温度场变化情况,还有热力作用下的变形问题。同时将传递矩阵的数学思想应用在转子模型上,得到它的热弯曲振动响应曲线。分析结果与理论相适应,为转子热弯曲振动分析提供了更多的方法。付忠广等[4]通过研究发现汽轮机转子的中的应力主要集中于叶轮末端,高压缸和中压缸中间区域,以及中压缸与叶轮转子根部。同时通过实验研究发现,转子结构的不同对于转子应力影响也较大,还有空气对流换热系数也会产生一定的扰动。
胥建群和曹祖庆[5]从热膨胀原理出发,通过对系统进行合理简化后导出了125MW汽轮机高中压转子的热膨胀模型分析式,并且利用最小二乘法的思想拟合得到转子系统结构式,理论分析数据与实际过程中实验所得计算结果相同。蒋志强等[6]利用有限元软件ANSYS对135 MW 机组汽轮机在有和没有中心孔转子的情况下对比分析研究,得到在冷态条件下对启动过程热力耦合的数值模型,同时得到了在边界条件相同情况下的轴封槽应力应变结果。罗娟等[7]以一组200MW的汽轮机运行工况为例,通过简化分析模型,对汽轮机转子进行温度和应力应变分析,同时还得到了在不同工况下转子的温度变化率曲线图。
刘彦丰[8]以一组采用30CrMoV低碳合金钢的国产600WM某型汽轮机为研究对象,设定了四种温度工况:超临界冷态,中温状态,高温状态以及极高温状态。研究发现温度的变化严重影响材料物性参数,进而对汽轮机转子热应力也产生极大影响。因此,在热力计算中应该充分考虑温度变化的影响,这样才能够得到合理的计算结果。朱向哲等[9]通过研究汽轮机频繁启停时对于蒸汽参数的影响,利用热力耦合理论。发现由于热弯曲对转子的影响,导致转子刚度重新分布,从而引起应力等参数显著变化。因此在转子运行过程中保持其温度均匀分布具有相当重意义。
J.F.GREGORY等[10]通过讨论电厂汽轮机转子的自动热应力控制,在转子容许温差范围内建立一个可控程度的振荡加热,采取保守的方法限制由于金属温度阶跃的影响,振荡式供热。这样可以通过改变配置在圆周转子表面热应力边界条件,减少在涡轮机转子的轴向热应力。Wojciech Kosman[11]通过对涡轮机转子的外部进行蒸汽冷却,同时安装特殊热屏保护材料,最大限度的降低了转子的温度,而且此时的工况允许高温气体通过。论文网
2 旋转接头的故障分析
旋转接头的故障产生主要由于构件处产生了较为严重的热蠕变或者机械破损,而发现并查找故障显得尤为重要。目前,最有效的方法就是建立在线监测系统以及时发现危险隐患,避免重大安全事故的发生。
唐建光和樊桂萍[12]通过采用间隙密封、静压控制间隙密封等技术,同时对旋转接头表面进行特殊的热处理,这样使得旋转部分和静止部分之间可以通过形成自润滑而减小摩擦阻力的影响,从而尽可能的避免了摩擦生热导致机器死机。