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汽轮机转子寿命损耗实时估算的研究

作　者: 唐雪艳
导　师: 胡立生
学　校: 上海交通大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 转子 温度 应力 寿命损耗 实时估算
分类号: TK261
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


汽轮机转子寿命损耗的实时估计/计算为汽轮机转子的日常维护与转子的应力控制提供技术支持,以防止转子使用或维护不当导致汽轮机非预期停机,从而影响电厂(尤其是核电站)/电网的正常营运。本论文研究汽轮机转子寿命损耗的实时估计/计算问题,提出了基于转子的有限元模型,在过程量的激励下,通过非线性分解和模型辨识,建立过程量与转子寿命损耗的实时估计模型的方法。具体内容如下：1.根据有限元计算理论和寿命损耗计算理论,确定了本论文中所采用的寿命损耗评估方法—局部最大应力应变法,得出结论：在已知应力的前提下,特定材料的寿命损耗计算模型是一个静态非线性模型；2.利用有限元软件模拟实际工程上的转子复杂的结构尺寸和工作环境,对转子有限元模型施加冷态启动时的激励,得到转子的温度和应力数据,并对其结果进行分析；3.根据有限元软件计算得出的温度场和应力场数据,经模型辨识后发现转子表面温度与蒸汽温度之间、热流密度与热应力之间存在动态线性关系,经有限元软件计算结果验证,表明模型具有良好的精度；4.将过程量与转子寿命损耗的非线性关系分解为静态非线性和动态线性关系,建立过程量与转子寿命损耗之间的估算模型,并在MATLAB/SIMULINK中建立仿真模型。由于仿真模型中采用的算法模块,在DCS系统中都有与之对应的算法模块,因此仿真模型可以直接转化为DCS中的SAMA图程序,在DCS上实现,并进行寿命损耗的实时计算。针对300MW汽轮机冷态启动工况下高中压转子的寿命损耗建模,验证表明该方法是可行的。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章 绪论  12-21
  1.1 课题背景和研究意义  12-14
  1.2 汽轮机转子寿命问题及研究现状  14-19
    1.2.1 汽轮机转子寿命问题  14-16
    1.2.2 国内外研究现状  16-18
    1.2.3 当前寿命计算方法的总结  18-19
  1.3 本文研究内容  19-21
第二章 有限元计算与寿命损耗分析  21-35
  2.1 转子有限元计算分析  21-25
    2.1.1 有限元方法的介绍  21-22
    2.1.2 转子有限元计算分析  22-25
  2.2 转子总应力合成的分析  25-27
    2.2.1 转子上应力种类的分析  25
    2.2.2 转子离心应力和总应力的计算  25-27
  2.3 转子寿命损耗研究  27-34
    2.3.1 影响汽轮机寿命的因素  28-29
    2.3.2 低周疲劳损耗  29-33
    2.3.3 低周疲劳寿命损耗估算步骤  33-34
  2.4 本章小结  34-35
第三章 转子温度场和应力场计算与分析  35-57
  3.1 汽轮机转子有限元建模  35-44
    3.1.1 转子有限元模型的选取  36
    3.1.2 网格划分  36-37
    3.1.3 转子材料特性  37-38
    3.1.4 各级蒸汽参数的确定  38-41
    3.1.5 边界条件的确定  41-42
    3.1.6 对流换热系数的确定  42-44
  3.2 转子冷态启动温度场结果及分析  44-50
    3.2.1 冷态启动温度场结果  44-46
    3.2.2 冷态启动温度场分析  46-50
  3.3 转子冷态启动应力场结果及分析  50-55
    3.3.1 冷态启动应力场结果  50-53
    3.3.2 冷态启动应力场分析  53-55
  3.4 本章小结  55-57
第四章 转子温度和应力模型的辨识  57-65
  4.1 转子温度模型的辨识及验证  57-60
  4.2 转子应力模型的辨识及验证  60-64
  4.3 本章小结  64-65
第五章 转子寿命损耗实时估算模型的建立与验证  65-73
  5.1 过程量至应力模型的分析  65-66
  5.2 应力至寿命损耗的计算模型  66-68
  5.3 过程量至寿命损耗计算模型  68-70
  5.4 转子寿命损耗实时估算模型的验证  70-72
  5.5 本章小结  72-73
第六章 总结和展望  73-75
  6.1 总结  73-74
  6.2 展望  74-75
参考文献  75-80
致谢  80-81
攻读硕土学位期间已发表或录用的论文  81

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 蒸汽动力工程 > 蒸汽轮机（蒸汽透平、汽轮机） > 理论
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