高参数机组调节级喷嘴叶栅热应力分析

张瑞青

（沈阳工程学院能源与动力工程系 辽宁 沈阳 110136）

高参数机组调节级喷嘴叶栅热应力分析

张瑞青

（沈阳工程学院能源与动力工程系 辽宁 沈阳 110136）

随着超临界机组甚至是超超临界机组应用越来越广泛，在变工况条件下，调节级部分的工作环境变得更加恶劣。本文以某600MW超超临界汽轮机为例，应用ANSYS建立了调节级喷嘴室的有限元分析模型，得到了变工况下应力分布规律，模拟出整个调节级喷嘴室、喷嘴的应力分布图，了解喷嘴室、喷嘴叶栅应力最高的部分，为研究机组变工况下热应力的分析提供了理论基础，并为机组的启动优化提供了参考。

调节级；喷嘴组；热应力；温度场

0 引言

超超临界汽轮机具有大容量、高参数的特性，进汽蒸汽的温度超过600℃，压力达27MPa。机组配汽方式为喷嘴配汽，其调节级分为几个喷嘴组，每一组各由一个调节汽门控制，蒸汽要经过几个依次开启或关闭的调节汽门，以改变调节级的通流面积控制进入汽轮机的蒸汽量。但汽轮机在启停以及变负荷运行等非稳定工况时，喷嘴调节方式会导致主要部件温度梯度较大，引起高压缸各级相当大的热应力和热变形，致使机组寿命损耗[1-2]。本文采用有限元分析方法，通过对汽轮机调节级热应力场进行分析，模拟出整个调节级喷嘴室的应力分布图，以便了解喷嘴热应力最高的部分，并为机组的变工况运行提供参考。

1 调节级喷嘴的应力场模型

1.1 温度场模型

在计算稳定工况下调节级喷嘴的温度场时，可认为进汽室和喷嘴组壁面是一个均匀、各向同性并且内无热源的模型，属于解轴对称定常温度函数问题，温度满足下列偏微分方程[3]：