一种气冷涡轮低热应力气热设计方法

作者: 高杰,柴家兴,马国骏,牛佳宝,郑群 CNPIM 2018年11月23日

发明人:高杰,柴家兴,马国骏,牛佳宝,郑群
专利权人:哈尔滨工程大学
公开日:2018-11-23
公开号:CN108875154A
专利类别:发明公开
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摘要:本发明提供一种气冷涡轮低热应力气热设计方法,在气冷涡轮定常气动和传热设计循环的基础上还包括:进行气冷涡轮一维瞬态热分析计算;进行稳态工况气冷涡轮共轭温度场及热应力快速三维计算,进行气冷涡轮三维瞬态共轭温度场及瞬态热应力计算,进行气冷涡轮热疲劳性能计算,进行共轭传热热应力试验,随后进行真实工况、真实结构温度场换算,并通过理论计算获得气冷涡轮试验热应力分布;通过合理分配冷气用量、改进或优化冷却结构等手段,循环以上设计计算步骤,直至气冷涡轮全工况热应力分布满足设计要求。采用本发明提供的气冷涡轮全工况低热应力气热设计方法能有效弱化热应力的副作用,延长气冷涡轮寿命,提高气冷涡轮的工作可靠性。

1.一种气冷涡轮低热应力气热设计方法,其特征在于:在气冷涡轮的定常气动和传热设计循环之后还包括如下步骤:步骤1:进行气冷涡轮一维瞬态热分析计算,获得过渡工况下产生的涡轮叶片最大温度及其发生时间、叶片超温持续时间和为避免超温叶片的预冷温度;步骤2:如果步骤1中得到的性能指标不符合预定设计指标,则重新分配冷气用量并重复步骤1,直至步骤1得到的性能指标与预定设计指标相符合;步骤3:进行稳态工况气冷涡轮共轭温度场及热应力快速三维计算,获得气冷涡轮稳态热应力分布;步骤4:如果步骤3中得到的性能指标不符合预定设计指标,则改进或优化冷却结构并重复步骤1~3,直至步骤3得到的性能指标与预定设计指标相符合;步骤5:进行气冷涡轮三维瞬态共轭温度场及瞬态热应力计算,获得过渡工况下产生的涡轮叶片最大温度/热应力及其发生时间与位置、叶片超温持续时间分布;步骤6:如果步骤5中得到的性能指标不符合预定设计指标,则改进或优化冷却结构并重复步骤1~5,直至步骤5得到的性能指标与预定设计指标相符合;步骤7:进行气冷涡轮热疲劳性能计算,预测其热疲劳寿命;步骤8:如果步骤7中得到的性能指标不符合预定设计指标,则改进或优化冷却结构并重复步骤1~7,直至步骤7得到的性能指标与预定设计指标相符合;步骤9:进行共轭传热热应力试验,包括稳态原理性试验、瞬态原理性试验和模化试验,随后进行真实工况、真实结构温度场换算,并通过理论计算获得气冷涡轮试验热应力分布;步骤10:如果步骤9中得到的性能指标不符合预定设计指标,则改进或优化冷却结构并重复步骤1~9,直至气冷涡轮全工况热应力分布达到预定设计目标。
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