一种小型汽轮机转子挠度理论值计算方法技术

一种小型汽轮机转子挠度理论值计算方法，本发明专利技术涉及小型汽轮机转子挠度理论值计算方法。本发明专利技术是为了解决现有技术中的计算方法准确度低的问题。本发明专利技术对汽轮机转子进行三维建模，得到三维转子模型；对三维转子模型进行简化处理，并对简化后的转子标注相应的轴段号和点号；根据三维转子模型的质量分析确定载荷，将任一轴段等效成梁单元，对梁单元进行受力分析，得到转子挠度迭代矩阵；根据汽轮机转子材料属性，确定汽轮机转子基本参数；将汽轮机转子基本参数代入转子挠度迭代矩阵中，计算求解汽轮机转子挠度点集并绘制挠度曲线。本发明专利技术应用于汽轮机设计及装配领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及小型汽轮机转子挠度理论值计算方法。
技术介绍
转子挠度也就是转子的弯曲，一般是在转子的对应位置如两侧轴颈、轴封、叶轮间等处。转子挠度曲线为准确的汽轮机装配的内部套找中提供了依据。多级转子轴的挠度，关系到汽轮机运行的可靠性和效率，转子挠度数据的不准确甚至会引发安全事故。因此汽轮机转子挠度的计算和验证是十分重要的。小型汽轮机转子挠度的计算一直以来没有一种系统的算法，一些工程上的转子的挠度计算不具有一般性，不能作为通用的转子挠度计算方法，而且由于工程目的的不同，之前转子挠度的计算均以未装叶片的整段转子进行分析的，忽略了转子叶片的均布载荷以及轴颈支撑处的接触面积，最终得到的转子计算挠度值与实际挠度值偏差较大。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有技术中的计算方法准确度低的问题，而提出的一种小型汽轮机转子挠度理论值计算方法。一种小型汽轮机转子挠度理论值计算方法按以下步骤实现：步骤一：对汽轮机转子进行三维建模，得到三维转子模型；步骤二：对三维转子模型行简化处理，得到简化后的转子；步骤三：对简化后的转子标注相应的轴段号和点号；步骤四：根据三维转子模型的质量分析确定载荷；步骤五：将任一轴段等效成梁单元，根据步骤三确定的载荷，对梁单元进行受力分析，得到转子挠度迭代矩阵；步骤六：根据汽轮机转子材料属性，确定汽轮机转子基本参数；步骤七：将步骤六中确定汽轮机转子基本参数代入步骤五得到的转子挠度迭代矩阵中，利用MATLAB计算求解汽轮机转子挠度点集；步骤八：根据步骤七得到的汽轮机转子挠度点集导入CATIA绘制挠度曲线。专利技术效果：本专利技术方法考虑了转子叶片等转子重要组装件以及转子轴颈支撑处的接触面积，全面的考虑了转子挠度的影响因素，提高了转子挠度计算的准确度，同时对转子模型进行的简化，优化了计算过程，提高了计算效率。在汽轮机行业走向市场化的今天，汽轮机生产以及制造效率的提高是影响汽轮机制造企业生存和成长的重要因素，本专利技术方法可作为计算各类转子挠度值的通用模式，为汽轮机的设计以及汽轮机实际装配过程提供指导性的数据，提高汽轮机设计过程的合理性以及装配精度和效率。附图说明图1为本专利技术的流程图；图2为导入到CATIA后的型线图；图3为修整后的型线图；图4为完整的型线图；图5为引线和初始截面图；图6为叶片三维实体图；图7为三维转子模型图；图8为梁单元的受力分析图；图9为含有支撑力的梁单元受力分析图；图10为装配前支撑位置图；图11为装配后支撑位置图；图12为简化后的转子图；图13为标注轴段号和点号的简化后的转子图；图14为转子叶片的质量分析图；图15为调节级支撑状态下的理论挠度曲线图；图16为轴颈支撑状态下的理论挠度曲线图。具体实施方式具体实施方式一：如图1所示，一种小型汽轮机转子挠度理论值计算方法包括以下步骤：步骤一：对汽轮机转子进行三维建模，得到三维转子模型；步骤二：对三维转子模型行简化处理，得到简化后的转子；步骤三：对简化后的转子标注相应的轴段号和点号；将简化后的转子标注相应的轴段号和点号，去除调节级等微小形貌对计算的影响，简化计算过程。步骤四：根据三维转子模型的质量分析确定载荷；步骤五：将任一轴段等效成梁单元，根据步骤三确定的载荷，对梁单元进行受力分析，得到转子挠度迭代矩阵；步骤六：根据汽轮机转子材料属性，确定汽轮机转子基本参数；步骤七：将步骤六中确定汽轮机转子基本参数代入步骤五得到的转子挠度迭代矩阵中，利用MATLAB计算求解汽轮机转子挠度点集；步骤八：根据步骤七得到的汽轮机转子挠度点集导入CATIA绘制挠度曲线。转子挠度计算分为如下两种情况，装配前，转子通过两个V形支座支撑，落在了转子调节级处；当把转子装配到汽轮机下汽缸中后，转子通过轴承座支撑，支撑位置为转子的轴颈处，根据转子实际的支撑位置和装配状态时的支撑位置确定两个xi的值，得到两种与装配相关的挠度曲线，装配前支撑位置如图10所示，装配后支撑位置如图11所示；用MATLAB计算求解转子挠度，得出两次不同的实际支撑状态的理论挠度曲线。将点集导入CATIA绘制挠度曲线。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述步骤一中对汽轮机转子进行三维建模，得到三维转子模型的具体过程为：在CATIA软件中进行建模，根据转子设计总图，建立草图基准，画出草图，通过回转的方式建立转子轴段的三维模型；根据转子各级叶片设计图，转子轴段上复杂叶片模型的建立需要对各档型值点坐标用Excel的加载宏选项，以样条曲线的形式导入到CATIA的创成式外形设计模块，叶片的每档型线是由进汽边和出汽边的两条样条曲线以及这两个样条曲线的两个共切圆组成，导入后的型线如图2所示。经过公切圆修整后的型线为叶片该档闭合型线，修整后的型线如图3所示。将各级型线导入后形成完整的型线档，如图4所示，然后建立导引线和初始截面，如图5所示，将各档型线按照导引线进行多截面实体操作，得出最终的叶片三维实体，如图6所示。根据转子装配总图，将动叶片根据静叶片安装角、安装角变化角度以及0档型线位置来确定叶片安装位置并进行装配，得到三维转子模型，三维转子模型如图7所示。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述步骤二中对三维转子模型行简化处理具体为：将转子等效成有限个梁单元连接成的一个整体，将整段转子等效成受载荷的对象，其余各级叶片等效成转子载荷。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述步骤四中根据三维转子模型的质量分析确定载荷具体为：将叶片的质量均匀分布在整段转子上，将叶片看成转子的均布载荷，通过建立的三维转子模型进行质量分析确定载荷。具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述步骤五中得到转子挠度迭代矩阵的具体过程为：对梁单元进行受力分析：任一轴段可将其看成梁单元，不考虑支点力，其受力情况如图8所示。在不含有支撑力的轴段，将梁单元等效为轴段的一个微元，分析其中一个梁单元的受力，最后通过积分的形式得到轴段的受力；根据材料力学公式以及将其两端分别同时积分得到和将两个积分方程写成微元形式得公式(1)；Qj=Qj-1-qjxjMj=Mj-1+Qj-1xj-qjxj2/2θj=θj-1+Mj-1xj/EJj+(Qj-1xj2/2-qjxj2/6)/EJjyj=yj-1+&th本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种小型汽轮机转子挠度理论值计算方法，其特征在于，所述小型汽轮机转子挠度理论值计算方法包括以下步骤：步骤一：对汽轮机转子进行三维建模，得到三维转子模型；步骤二：对三维转子模型行简化处理，得到简化后的转子；步骤三：对简化后的转子标注相应的轴段号和点号；步骤四：根据三维转子模型的质量分析确定载荷；步骤五：将任一轴段等效成梁单元，根据步骤三确定的载荷，对梁单元进行受力分析，得到转子挠度迭代矩阵；步骤六：根据汽轮机转子材料属性，确定汽轮机转子基本参数；步骤七：将步骤六中确定汽轮机转子基本参数代入步骤五得到的转子挠度迭代矩阵中，利用MATLAB计算求解汽轮机转子挠度点集；步骤八：根据步骤七得到的汽轮机转子挠度点集导入CATIA绘制挠度曲线。

【技术特征摘要】
1.一种小型汽轮机转子挠度理论值计算方法，其特征在于，所述小型汽轮机转子挠度
理论值计算方法包括以下步骤：
步骤一：对汽轮机转子进行三维建模，得到三维转子模型；
步骤二：对三维转子模型行简化处理，得到简化后的转子；
步骤三：对简化后的转子标注相应的轴段号和点号；
步骤四：根据三维转子模型的质量分析确定载荷；
步骤五：将任一轴段等效成梁单元，根据步骤三确定的载荷，对梁单元进行受力分析，
得到转子挠度迭代矩阵；
步骤六：根据汽轮机转子材料属性，确定汽轮机转子基本参数；
步骤七：将步骤六中确定汽轮机转子基本参数代入步骤五得到的转子挠度迭代矩阵
中，利用MATLAB计算求解汽轮机转子挠度点集；
步骤八：根据步骤七得到的汽轮机转子挠度点集导入CATIA绘制挠度曲线。
2.根据权利要求1所述的一种小型汽轮机转子挠度理论值计算方法，其特征在于所述
步骤一中对汽轮机转子进行三维建模，得到三维转子模型的具体过程为：
根据转子轴段零件图在CATIA中建模，得到转子轴段三维模型，对转子叶片各档型值点
坐标用Excel的加载宏选项建立叶片模型，以样条曲线的形式导入到CATIA的创成式外形设
计模块，叶片的每档型线由进汽边和出汽边的两条样条曲线以及这两条样条曲线的两个公
切圆组成，经过公切圆修整后的型线为叶片的闭合型线，以放样的方式得到叶轮上叶片的
三维模型，按照转子装配总图，根据静叶片安装角、安装角变化角度以及0档型线位置确定
动叶片安装位置并进行装配，得到三维转子模型。
3.根据权利要求2所述的一种小型汽轮机转子挠度理论值计算方法，其特征在于所述
步骤二中对三维转子模型行简化处理具体为：将转子等效成梁单元连接成的一个整体，将
整段转子等效成受载荷的对象，其余各级叶片等效成转子载荷。
4.根据权利要求3所述的一种小型汽轮机转子挠度理论值计算方法，其特征在于所述
步骤四中根据三维转子模型的质量分析确定载荷具体为：将叶片的质量均匀分布在整段转
子上，将叶片看成转子的均布载荷，通过建立的三维转子模型进行质量分析确定载荷。
5.根据权利要求4所述的一种小型汽轮机转子挠度理论值计算方法，其特征在于所述
步骤五中得到转子挠度迭代矩阵的具体过程为：
在不含有支撑力的轴段，将梁单元等效为轴段的一个微元，分析其中一个梁单元的受
力，最后通过积分的形式得到轴段的受力；
根据材料力学公式以及将其两端分别同时积分得到和
将两个积分方程写成微元形式得公式(1)；
Qj=Qj-1-qjxjMj=Mj-1+Qj-1xj-qjxj2/2θj=θj-1+Mj-1xj/EJj+(Qj-1xj2/2-qjxj3/6)/EJjyj=yj-1+θj-1xj+Mj-1xj2/2EJj+(Qj-1xj3/6-qjxj4/24)/EJj---(1)]]>θ为梁在力的作用下的转角，M为梁所受转矩，E为梁材料的弹性模量，J为梁的惯性矩，
在无支撑力情况下，将梁等效为微元，其中Qj为第j段梁计算点处剪切力，xj为第j段梁长度，
Mj第j段梁计算点处转矩，yj为第j段梁计算点出挠度，Jj为第j段梁的横截面惯性矩，θj为第
j段梁计算点处转角，qj为第j段梁所受均布载荷；
将...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕民，高彤，牛哲，王强，蒋建春，姚午厚，高鸣哲，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23