大功率汽轮机调节级的瞬态动力学和疲劳寿命分析

苟小平，李音，谢贞军，范小平

（东方电气集团东方汽轮机有限公司，四川 德阳，618000）

0 引言

大功率汽轮机的调节级，其工作温度高，焓降大，且需要承受部分进汽激振力的作用。历来汽轮机调节级的设计开发都是各大汽轮机制造厂的难点和重点工作。针对调节级部分进汽激励下叶片的响应问题，近年来很多学者做了大量的研究工作。

曹守洪等研究了考虑kick效应对调节级叶片安全性的影响。张东连等利用安全倍率和常规计算方法对调节级的安全性进行了评估。蓝吉兵等对工业汽轮机调节级进行了非定常CFD分析，得到了叶片上的随时间变化的激振力，并对叶片进行了动力学分析，评估了叶片的安全性。

本文利用商业有限元分析软件NASTRAN对调节级整圈叶片叶轮模型在两阀工况下受到部分进汽激振力情况下的动力学响应进行了分析，由于部分进汽的激振力不是1个正弦激励，因此计算方法选取的是模态叠加法。整圈模型的计算规模太大，采用NASTRAN超单元技术提高计算效率，缩短计算时间。最后结合调节级静力学的计算结果，对调节级的疲劳寿命进行分析。

1 瞬态动力学计算方案

动力学分析的调节级整圈模型见图1。为了提高计算效率，整圈模型一共划分了12个超单元，将相邻几只叶片、叶轮和销钉划分在1个超单元内。图1中绿色的节点为超单元与超单元之间的边界。第2号和第12号超单元见图2～3。

图1 调节级整圈叶片轮盘的有限元模型

图2 第2号超单元