大型燃气轮机机座对中性研究

论文摘要

燃气轮机广泛应用于航空、船舶、电力、石油等诸多领域,成为衡量一个国家科技水平、国防实力和综合国力的重要标志之一,更是被誉为制造业中的“明珠”。随着世界范围内能源形势日益紧张,燃气轮机能燃烧中低热值燃料等优点,对提高资源利用率、实现节能减排具有突出作用。燃气轮机是一种复杂的旋转类机械结构,其高速旋转的特性决定转子的动力特性关键性影响燃气轮机的输出功率和寿命。而诸多研究证明,燃气轮机的转子支撑的热对中性和整体刚度是影响转子动力特性的重要参数之一,要研究转子系统的动力特性尤其是临界转速、振型、不平衡响应及传递特性都需要知道转子支撑的热对中性和整体刚度,对其深入研究是确保燃气轮机能安全可靠工作的必要前提之一。本文利用ANSYS以及ANSYS CFX,结合机座在实际工作中出现的工况,作了以下几方面的工作:1)拟定了支承处冷热排气通道各初始边条;2)建立了3D机座整体流固耦合数学模型;3)建立了3D机座整体流固耦合计算流程;4)进行了切向支撑座整体瞬态热变形分析;5)进行了重型燃气轮机机座动态性能的理论分析和数值仿真。应用数值模拟方法对含有冷气和高温燃气的支撑进行流-固耦合,然后提取温度场、压力场、速度场分布,求出支撑因温度变化而引起的热应力应变和各阶模态振型图。从计算结果中可知,切向结构、60度结构、45度结构、垂直结构中切向结构热对中性和动态对中性最好,能更好的保证转子的高速安全的运行,是最为优化的转子支撑结构。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 课题研究背景
• 1.3 燃气轮机机座自适应性问题国内外研究现状
• 1.4 课题的研究目的和意义
• 1.5 本课题的主要研究内容
• 1.6 本课题的流固耦合计算流程
• 第二章 转子支撑机座对中性数值分析数学模型
• 2.1 基本控制方程
• 2.2 湍流模型控制方程
• 第三章 转子支撑机座热对中性分析途径
• 3.1 三维模型的建立
• 3.1.1 机座完全模型的建立
• 3.1.2 机座模型简化
• 3.1.3 其它支撑结构模型的建立
• 3.1.4 流体模型的建立
• 3.2 网格的划分
• 3.3 边界条件的确定
• 第四章 转子支撑机座热对中性数值计算结果及分析
• 4.1 燃气通道的强化换热数值计算结果及分析
• 4.2 冷却气体通道的强化换热数值计算结果及分析
• 4.3 转子支撑机座热自适应性研究
• 4.4 变工况下转子机座热对中性研究
• 第五章 转子支撑机座振动对中性分析
• 5.1 模态分析理论基础
• 5.2 分析模型
• 5.3 计算结果及分析
• 第六章 总结和展望
• 参考文献
• 研究生在读期间发表论文
• 致谢