机组转子裂纹处理应力分析

　　某电厂转子运行多年后，发生多处裂纹，裂纹主要发生在高压端部汽封处。为了使转子继续投运，处理方案为采用车削转子裂纹，将弹性槽、轴肩过渡园弧增大。应力是控制高温部件结构寿命的关键因素，本计算根据电厂裂纹探伤结果对切削方案进行切削前后转子应力分析，为转子车削加工以及安全性评定提供必要的理论依据。

　　机组为上汽制造的单缸冲动凝汽式N50-90-1型汽轮机，材料为P2(30Cr2MoV)钢。机组于1973年投运，1981年原转子因内部冶金缺陷严重而报废，电厂重新更换了转子。自更换转子后机组运行至2002年9月，机组经扩容改造，型号改为C55-8.83/0.411，额定功率增加到55MW。汽轮机动、静叶片和隔板进行了更新，但转子大轴未换。转子改造后重新于2002年投运，2004年2月6日停机进行技改后的第一次揭缸检查，发现转子前轴封弹性槽与调节级根部前凹槽均有裂纹，裂纹为整圈开裂。裂纹照片以及开裂部位见图1和图2。随后，该转子运送到制造厂对裂纹进行车削处理，前轴封弹性槽与调节级根部前凹槽的实际车削深度分别为3.5mm和7.5mm，且增加了凹槽根部R角的曲率半径。

　　2 计算模型

　　2.1 基本假设

　　本计算根据转子的具体特征做了以下假设：

　　1) 转子可近似视为轴对称构件，计算模型取其对称横截面;

　　2) 材料为各向同性材料，假设材料在线弹性范围内，材料物性参数是温度的函数;

　　3) 不考虑辐射换热，无内热源。

　　4) 不考虑转子表面以及端部内压差、装配应力、扭矩等的影响;仅考虑机械应力(主要是离心力)和温差引起的热应力两部分。

　　2.2 几何模型

　　由于转子调节级附近以及前汽封端部的温度较高，温度变化剧烈，且包含了转子上的应力集中 明显的部位，如弹性槽、定位槽、叶轮根部过渡圆角等，是起停过程中热应力较高的危险部位。国内外运行实践证明，热应力引起的疲劳裂纹也常常在这些地方萌生和发展。因此，在计算中取第一级前(包括第一级)的部分区段转子为研究对象。所建立的几何模型经过旋转后如图3所示。

　　2.3 有限元模型

　　汽轮机转子是典型的轴对称构件，在计算时采用平面轴对称单元。所划分的有限元网格如图4所示。

　　2.4 材料物性参数

　　转子材料是30Cr2MoV，材料的物性参数如表1所示：在计算过程中，运行温度时的材料物性参数值按照多项式插值求出。并且在计算过程中，密度(ρ=7829kg/m3)和柏松比(μ=0.277)取为定值。

表1：30Cr2MoV，材料的物性参数

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