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离心机转子温度分布及影响因素理论研究

离心机转子温度分布及影响因素理论研究

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作者：蒋梦初清华大学

学位级别：硕士

新一代离心机转子采用新型复合材料,其热传导性能和原金属材料内衬的复合材料离心机转子有很大区别,这会使离心机转子温度分布与之前研究结果表现出较大差异。更理想的离心机转子温度分布会强化热驱动环流效果,研究离心机转子温度分布... 详细信息

新一代离心机转子采用新型复合材料,其热传导性能和原金属材料内衬的复合材料离心机转子有很大区别,这会使离心机转子温度分布与之前研究结果表现出较大差异。更理想的离心机转子温度分布会强化热驱动环流效果,研究离心机转子温度分布及其影响因素的作用意义重大。本文明确了新型复合材料离心机的传热情况,确定了与转子温度分布相关的各项参数,如各部件尺寸、位置、发射率和功耗等,建立了物理模型;利用ANSYS计算软件建立了计算模型,计算了离心机转子温度分布,绘制了转子温度分布曲线;并讨论了离心机内各影响因素对转子温度分布的作用以及原因,明确了每个影响因素对温度分布的作用范围和作用幅度。离心机转子侧壁温度分布明显偏离线性,在上下取料支臂附近有两个高温区,转子中部是低温区,转子侧壁温度的最高点出现在上支臂附近。上下端盖温度梯度小,其最高温出现在端盖外径处。转子侧壁温度分布随转子材料热传导性能提高而趋于平缓,且整体温度降低。转子上部温度随端盖和分子泵发射率升高而大幅降低,转子整体温度随外套筒发射率和转子发射率升高而降低,转子中部侧壁温度随反射板发射率降低而升高。转子上部、底部和侧壁温度都随其临近的边界温度降低而降低。通过调整和比较,得到了优化后的分子泵、反射板和水套位置和尺寸。随着上下支臂功耗比增大,转子下部温度下降而上部温度上升。

关键词：新型复合材料传热转子温度分布有限元法温度影响因素

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大型汽轮机转子传热和热应力计算的研究

大型汽轮机转子传热和热应力计算的研究

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作者：唐军上海交通大学

学位级别：硕士

汽轮机是将蒸汽的热能转换成机械能的一种旋转式原动机。与其他形式的原动机(如蒸汽机、汽油机、柴油机等)相比,汽轮机具有单机功率大、热经济性高、运行安全可靠、可利用多种燃料和使用寿命长等优点。因此,汽轮机被广泛用于常规火电发... 详细信息

汽轮机是将蒸汽的热能转换成机械能的一种旋转式原动机。与其他形式的原动机(如蒸汽机、汽油机、柴油机等)相比,汽轮机具有单机功率大、热经济性高、运行安全可靠、可利用多种燃料和使用寿命长等优点。因此,汽轮机被广泛用于常规火电发电厂和核电站中拖动发电机来生产电能。另外,汽轮机可以设计成变转速运行,用于直接驱动给水泵、风机和船舶的螺旋桨等。可见,汽轮机是非常重要的动力机械设备,在国民经济中起着极其重要的作用。转子是汽轮机的关键部件,也是运行过程中最脆弱的部件。机组在启动过程中,随着蒸汽参数(温度、压力、流量等)发生较强烈的变化,将在转子上产生巨大的交变热应力,并导致转子因低周疲劳损伤而出现裂纹,可见,热应力是启动过程需要控制的关键因素。为了调峰机组的安全和经济启动,就必须对启停及负荷变化等过程中的热应力进行监测和控制。在计算机广泛应用的今天,利用微机在线监控转子的热应力,就能为机组的优化启动提供有效的手段和科学的依据, 从目前的技术条件看,直接测量高速转动的转子内外表面的温差是十分困难的,只能按照传热学的原理,建立数学模型,以蒸汽的汽温、汽压、放热系数及金属材料的物理特性为计算原始数据,利用微机进行转子温差、热应力的跟踪计算。汽轮机自动控制就是以启动过程汽轮机转子的热应力为启动速度的判断依据,优化机组的启动过程。本论文在阅读和总结大量国内外文献的基础上,对大型汽轮机ATC系统进行了全面和系统的阐述,并根据汽轮机原理和大量运行实践,深入剖析了汽轮机转子温度分布计算和应力计算的核心内容,分别详细推导了高压缸转子和中压缸转子的温度分布计算模型,给出了实现细节,分析了转子寿命和应力之间的关系,这些工作为以后汽轮机的优化控制奠定了坚实的基础。针对两种类型的转子,即T型根槽式(T-Root Groove)转子和侧进式(Side-Entry Groove)沟槽转子,本文分别推导了计算其相应应力的计算模型。从这些模型可知,转子表面应力的大小是与相应的有效温差成正比的。所以,在一定的转子材料情况下,对应力的控制问题可以转变为对有效温差的控制。考虑到实际汽轮机转子的温度分布计算十分复杂,影响因素很多,如果采用多维计算模型,势必导致计算量巨大,难以满足实时在线的要求,因此合理的简化模型是必要的。本文还给出了影响转子温度分布的详细的转子导热模型。目前对实际运转的汽轮机转子,采用直接的应力检测还有比较大的困难,但通过某些温度点的检测以及模型的计算,控制其有效温差,同样可以达到对应力控制的要求,从而实现对汽轮机从启动、变负荷、停机等全过程的自动控制,并可在此基础上进行优化。

关键词：转子温度分布转子应力控制汽轮机自动控制

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磁悬浮轴承转子热弯曲振动特性研究

磁悬浮轴承转子热弯曲振动特性研究

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作者：董岳南京航空航天大学

学位级别：硕士

磁悬浮轴承转子系统在工作时可能会出现因转子轴颈铁损集中产生温差而引起的热弯曲振动现象,热弯曲振动又进一步影响轴颈铁损集中程度和温差,进而形成一个闭环反馈,引起转子振动幅值和相位的不断变化和波动,影响设备工作性能。此外,此... 详细信息

磁悬浮轴承转子系统在工作时可能会出现因转子轴颈铁损集中产生温差而引起的热弯曲振动现象,热弯曲振动又进一步影响轴颈铁损集中程度和温差,进而形成一个闭环反馈,引起转子振动幅值和相位的不断变化和波动,影响设备工作性能。此外,此类由于转子轴颈温差引起的热弯曲振动通常对工作条件较为敏感,目前尚未有统一的、普遍适用的分析方法和处置方案。本文针对磁悬浮轴承系统中由于轴颈温差引起的热弯曲振动现象,提出一种迭代分析方法,利用该方法在热弯曲振动特性和参数化分析方面展开研究,并通过实验验证该方法具有一定的正确性。首先,提出了一种磁悬浮转子热弯曲振动的迭代分析方法。建立了转子和轴承的有限元模型,通过电磁分析得到了转子在轴承间隙中涡动时的铁损分布,铁损分布再作为热源,采用间接耦合法,实现热-结构耦合计算,得到了转子的热弯曲振动。热弯曲振动再作为下一次电磁分析的条件,得到新的铁损分布和热弯曲振动。如此更新条件,反复迭代,得出热弯曲振动的变化,由此模拟热弯曲振动形成的闭环反馈。其次,以某型试验磁悬浮轴承转子系统为例,利用迭代分析方法计算了其在一定旋转频率范围内的热弯曲振动及变化情况,并分析了热弯曲振动特性。结果表明,转子轴颈温差主要取决于振动幅值和旋转频率,而振动相位与控制电流相位决定着轴颈温度最高点的位置,即热弯曲的方向,进而决定着振动变化的趋势。随后,从电控系统频率特性和转子自身频率特性两个方面分析了磁悬浮轴承转子热弯曲振动的影响机理。利用迭代分析方法,对该型试验磁悬浮转子系统中电控系统参数和转子结构参数进行了参数分析。结果表明,电控系统和转子自身的幅频特性决定着热弯曲的影响程度,而二者的相频特性决定着热弯曲振动的变化趋势。最后,通过设计实验装置和实验方案,分别验证了迭代分析方法中轴颈温度温差、热变形和热弯曲振动计算方法的正确性。实验结果表明,本文使用的计算方法可一定程度上正确反映电流、温差和振动三者之间的关系,进而证明了迭代分析方法具有一定的正确性。

关键词：磁悬浮轴承铁损转子温度分布热弯曲振动参数化分析

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