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摘要：转子热应力的分析，是汽轮机做功传输效率探究的主要分支，是提升机械做功效率，减少机械做功损耗的主要研究领域。基于此，本文对转子热应力的分析，主要从汽轮机起动过程温升分配计算模型的视角，对转子热应力的相关因素进行归纳，以达到优化汽轮机结构设计，促进现代机械做功效率提升的目的。
关键词：汽轮机；起动温升分配；转子热应力
引言
机械传输是现代社会发展的主要动力来源，是社会能源供应体系不断完善的基础。随着社会工业研究技术的不断创新，机械传输体系也在实践中不断整合。除了实现机械整体动力技术的升级，逐步向着数字化的方向发展，同时也要注重机械动力源的功率转换情况探究，逐步形成动力传输低损耗，高比例应用的模式，这也是逐步机械设备做功恒常性传输的基础性保障。
一、转子热应力计算模型解析
（一）对称性温度场计算模型
转子热应力是汽轮机做功的传输主要元件，通常而言，转子热应力的产生是一组对称的力，转子做功速率与温度传输速率相同。简单来说，就是汽轮机启动时，转子能够将外部不均匀动力条件，转换为同等的热源条件，转子这一动力传输做功的规律，应用计算公式将其表示出来为：γT/γtr=λ/pc（γ2T/γz2+γ2T/γr2+1/rγ2T/γz）。其中γ为材料热导率，T为时间，r为半径，z为坐标值。经过计算的数据如果呈现规律状态，则说明转子做功速率稳定，如果转子做功速率不稳定，则转子做功速率则不稳定[1]。稳定性温度场计算模型，是汽轮器启动过程中温度分配评价最为直接的计算分析方式。
（二）应力场计算模型
汽轮机启动过程中，转子热应力的分析测定，也可以通过应力场计算得到。但与转子温度场的计算模型不同的是，应力场的计算的规律，是按照应力双趋向拉伸动态的模式进行分析，其分析模型中，一部分是转子做功初期运转的曲线变化，另一方面是平稳转动期间周期运转计算。其计算模型稳的表达式为：1）δ=Eε（δ<δx）；2）δ=δx+Eε（ε-εx）（δ>δx）。公式中δ为弹性变量，Eε为双曲线切线值，ε、εx均为对应热力。如果计算模型中双曲线的变化值为计算模型中的1），则双曲线的周期运转值为正向拉力，汽轮器启动时的温度调节自由度较高；反之，双曲线的周期运转值为反向拉力，汽轮器启动时的温度调节自由度较低[2]。
二、汽轮机起动过程温升分配对转子热应力的影响
（一）有限元对应分析
有限元对应分析，是从汽轮机起动过程过程中的温度调节上进行分析。结合以转子计算模型分析可知，汽轮机转动不是一直呈平行转矩的方式做功，因此，转子做功的温度场分析，就可以通过对应性热力分析模型变化进行探究。我们借助有限元进行解析，当汽轮机启动过程中，升温分配模型，符合以上热力周期做功速率，则其中周期传输的有限计算结果则是稳定的，转子剖面图处于阶段性变化；如果汽轮机做功周期转动的速率不在确定性周期内，则其中转动的速率传输比例调节上，有限元矩形法阵的剖面图变化规律较低，周期结构运转各个阶段之间的密度则会较低。
此外，通过有限元模型计算数据坐标描绘点的变化分析可知，转子温度场的变化也会随着汽轮机启动过程温度的变化而变化。我们通过有限元数据变化对比来看，当转子的周期运转速率较低时，转子周期做功的速率较低，有限元矩形的网格密度则会较低；反之，转子的周期运转速率较高时，转子周期做功的速率较高，有限元矩形的网格密度则会较高。通过这一点分析，将汽轮机在实际中进行做功的温度分配过程，应注重分析转子的周期做功运转频率，实现转子热应力的有效调节。
（二）热应力曲线分析
热应力曲线探究，是采用双曲线做功与切点交汇值大小的分析，对汽轮机启动过程中的温度调整进行解析，因此，热应力曲线分析，就是将汽轮机做功过程中的高压缸预暖、中速暖机、负荷调节三部分的热应力进行组合解析。由于汽轮机的热应力调节始终保持恒定状态，则热应力曲线在三个阶段的热力周期变化，就是三者的周期做功受影响的变化体现。如图1为汽轮机启动时转子热应力曲线图。通过图中坐标分析来看，汽轮机高压的预热时间为6h，转子热应力的冲转初期与暖机结束冲转之间的温度变呈现上升变化趋向，转子切入阶段，转子的动力传输速率与汽轮机之间，速率出现了较大程度上的差异，且整体汽轮机启动转子的热应力曲线呈现两端化发展。
通过本节热应力曲线变化的结构分析来看，周期传输的做功传导变化规律为：汽轮机整体做功速率，受到汽轮机每一个阶段的热力冲力影响，初期气缸做功的初期为恒定，汽轮机做功传输的热应力与转子做功的变化之间的关系相对紧密，汽轮机冲转结束后，预应力的做功速率则呈现持续下降趋势。
图 1 汽轮机启动是转子热应力曲线图
（三）转子热应力调节分析
汽轮机做功周期运动，始终按照内部热应力做功传输，外部周期运转的热力结构转动一周的运动结构运动，此时，汽轮机整体做功就能够始终保持平稳，避免汽轮机周期做功过程中，由于热力传输调节的速率不均衡，造成汽轮机做功稳定性下降的问题。那么，汽轮机周期转矩传输的过程，始终伴随着转子热应力做功调节的过程。依据δ=Eε（δ<δx）；2）δ=δx+Eε（ε-εx）（δ>δx）的公式可知，双曲线切线值越小，双曲线的热应力值则越大，；反之，双曲线切线值越大，双曲线的热应力值则越小。反向周期运作结构，是汽轮机的转子热应力的周期调节，实现了汽轮机起动过程中，温升分配对转子热应力的有效性调配，确保汽轮机起动过程温升分配时，转子热应力的稳定传输。
结论：综上所述，试论汽轮机起动过程温升分配对转子热应力的影响，为机械动力的有效传输提供技术指导。在此基础上，结合对称性温度场计算和应力计算分析两种模型，采取有限元对应分析、热应力曲线分析、以及转子热应力调节分析，实现对汽轮机起动的动力传输影响效果进行探究。因此，浅析汽轮机起动过程温升分配对转子热应力的影响，将为现代机械系统动力传导提供技术实践指导。
参考文献：
[1]徐自力，王凯，方宇，刘东旗，刘金芳.汽轮机起动过程温升分配对转子热应力的影响[J].机械工程学报，2013，49（12）：136-141.
[2]黎明，杨继明，白云.汽轮机冷态起动过程的最佳温升率[J].热力发电，2008（07）：57-61.
论文作者:梁天赋
论文发表刊物:《电力设备》2017年第35期
论文发表时间:2018/5/14
标签：转子论文; 汽轮机论文; 做功论文; 热应力论文; 周期论文; 速率论文; 双曲线论文; 《电力设备》2017年第35期论文;