基于子结构二维汽缸轴向膨胀的计算 calculation of 2 -d axial expansion for the steam cylinder based on sub- structures.pdfVIP

基-3=子结构二维汔缸 轴向膨胀声与计算 郑善合，徐 鸿，胡三高，张学凯 华北电力大学，北京102206 [摘 要] 汽轮发电机组参与调峰运行，汽缸的膨胀是影响机组机动性及运行安全性的重要因素之 一。由二维圆筒壁非稳态导热微分方程，推导得到内部蒸汽沿轴向线性分布、随时闭非线 性变化、外壁绝热的圆筒壁温度场解析解。通过与有限元计算结果进行对比，表明所得模 型计算精度高、速度快。针对不同结构的汽缸，经过一些合理假设，将汽缸复杂的结构分 解成简单的子结构，得到了汽缸轴向膨胀的计算模型。该模型还可以用于汽缸轴向膨胀 的实时监测，所采用的推导方法和得到的膨胀计算公式亦可用于其它具有类似边界条件 的厚壁圆筒部件的相关分析。 [关键词]汽缸；子结构；二维轴对称体；导热微分方程；热膨胀 [中图分类号]TK262 [文献标识码]A [文章编号]1002—3364(2007)07—0008～05 随着我国用电结构的变化，电网的峰谷差增大，需 报道，本文在二维圆筒壁非稳态导热的基础上，推导出 要大容量机组参与调峰运行。大容量机组在起动过程 蒸汽沿轴向按某一函数线性分布，并求出随时间非线 中汽缸与转子膨胀是限制机组机动性和安全性的重要 性变化时，外壁绝热、内壁对流换热的圆筒壁二维温度 影响因素之一，准确地计算出汽轮机汽缸和转子各级 场的解析解。将结构复杂的汽缸分解成可计算的子结 处的膨胀量，可以在线监测汽轮机动静间隙，对加快机 构，建立了汽缸轴向膨胀的模型，具有精度高、收敛快 组起动和提高机组运行安全性起重要作用。 的特点。 目前对汽轮机转子非稳态温度分布的解析计算模 型国内[1~33外[4~73的研究已较成熟，能计算出无限长 1汽缸子结构分解 圆柱体径向和轴向温度分布，实现转子轴向膨胀的在 线计算Ca,g]。汽缸形状较复杂，一般采用有限元数值模 汽缸大多用法兰结合，也有圆筒形汽缸用紧圈箍 拟的方法求解其温度场、热应力及轴向膨胀量[10~14]，紧的。取汽缸的1／4为研究对象，圆筒形汽缸分解为 但有限元法几何建模繁琐，边界条件复杂，计算时间较 圆筒壁和端部两部分如图1所示。子结构温度场分布 长，计算精度不仅存在与实际不符的情况，而且也不利 采用本文第2节推导的解析解，端部温度场分布采用 于在线监测。外壁面绝热、内壁面为第三类边界条件 一维非稳态导热方程；法兰汽缸中间规则部分分解如 问题的非稳态二维解析解在国内外文献上尚无相关的 图2所示，子结构温度场分布皆采用下面推导的公式， 收稿日期： 2006—11—24 作者简介： 郑善合(1971一)，男．华北电力大学能源与动力工程学院电站设备状态监测与控制教育部重点实验室r在读博士研究生，研读方向为 热髓工程与电站设备寿命管理。 E-mail： zsh2003@ncepu．edu．cn 万方数据 端部分鳃如图3所示，子结构温度场分布采用一维非 (2) ∑∑c忡R(陬，r)cos(珈z)e1‘或+菇’‘ 稳态导热方程。 + 图1圆筒形汽缸子结构 陬[．，-(风口)Y1(岛6)一Ja(f1．b)Yl(胁n)]+ ，．、