300 MW汽轮机高中压外缸强度分析
方 宇 刘东旗喻刚
(东方汽轮机厂，618201，四川德阳)
摘要：在汽轮机高中压外缸的设计过程中，必须考虑其强度、刚性和法兰中分面密封性问题。本文采用三维弹性接触理论，建立300MW 汽轮机高中压外缸的有限元模型，进而计算了汽缸的温度场、应力和变形。计算结果与实际情况较好吻合，可作为汽缸设计的依据，确保汽缸的安全可靠性。
关键词：汽缸；强度；三维接触；有限元
中图分类号：TK263．1 文献标识码：A 文章编号：1001—9006(2007)02—0027—06
Strength Analysis of High and Intermediate Pressure Casings
of 300 M W Steam Turbine
FANG Yu LIU Dong-qi YU ng
(Dongfang Steam Turbine W0rks，618201，Deyang，Sichuan，China)
Abstract：The calculations of the strength，stiffness and steamtight are very impo~ang when high pressure and intermediate
pressure casing of 300 MW steam turbine are designed．Based on the elastic contact theory，a
three dimensional finite element model of 300 MW steam turbine is developed to calculate the temperature
field，stress and deformation．The result of the calculations are conform with the fact．It shows the nu—
merical analysis can provide usable data for casing design and improve its reliability．
Key words：casing；strength；3D—contact；finite element
前 言
高中压外缸是汽轮机中最大最复杂的静止部件，一般可以把它作为一个承受温度和压力的密封容器进行分析。汽缸承受着缸内外汽体的压差、汽缸自重、内部零件的重量和外部管道传递的力与力矩。沿汽缸的径向和轴向温度分布不均匀，特别是当启动、停机和工况快速变化时，将引起温度急剧变化，在汽缸和法兰中将会产生很大的热应力和热变形。从实际运行情况来看，过大的热应力和热变形使得法兰中分面变形严重而引起漏汽。
机组要向大功率高参数方向发展，就必须解决汽缸热应力和法兰中分面变形的问题，并进行优化设计以保证汽缸的安全可靠性。因此，定量分析汽缸的应力状态和变形，以此来指导结构设计，就具有十分重要的现实意义。本文采用非线性接触理论对300MW 汽轮机高中压外缸变形、应力、中分面密封及螺栓强度进行分析，得到了可以指导工程设计的实践性结论。
1 力学模型
300 MW高中压外缸是一个由中分面法兰、端壁、接管和猫爪等组成的壳体结构。必须采用三维温度场和弹性接触理论建立力学模型，计算温度场、应力和变形。
1．1 汽缸温度场模型
汽轮机冷态启动时，高温蒸汽首先与冷的内壁接触，这时蒸汽的热量主要以凝结放热的形式传给金属壁。由于凝结放热的放热系数很高，汽缸内壁温度很快就上升到该蒸汽压力下的饱和温度。当内壁面的温度达到蒸汽压力下的饱和温度时，蒸汽的凝结放热过程就告结束，此后，蒸汽主要是以对流换热的方式向金属传热，换热量与换热系数和换热温差成正比。汽缸金属的内部则以导热的方式进行
热量传递。
材料各向同性，无内热源的三维瞬态热传导微分方程是：

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