论文部分内容阅读
燃气轮机是一种高效动力装备,其设计制造代表一个国家的工业技术水平,是衡量一个国家国防实力乃至综合国力的重要标志之一。旋转对称支承板机座是燃气轮机的重要组成部分之一,其工作状况处于(1)支承所有轴系;(2)承受透平段的高温和高压;(3)承受高速旋转转子和非线性油膜力。可以看出,燃气轮机轴系工作状态的好坏直接影响动力装备的工作效率的高低。而机座的结构设计造成的系统运动不稳定占据很大部分,因为机座是受高温、高压和高速冲击并支承包括转子和叶片在内所有旋转部件的机架,所以机座结构设计的优劣将直接影响燃气轮机轴系的工作稳定性。本研究同时考虑了高温燃气载荷和轴承载荷对燃气轮机旋转对称支承机座的作用。首先,运用双耦合的计算方法对旋转对称支承板机座进行热流固耦合计算以及热固耦合计算,计算了热变形和热应力随进口温度的增加而增加的变化关系,验证了热边界条件数学模型的正确性。其次,对旋转对称支承板机座的支承板进行了多目标驱动优化,在多物理场耦合分析的同时确定了较为合理的刚度匹配选择空间。为寻找一个能够消除热变形所产生的中心标高变化的旋转对称支承机座结构,运用拓扑优化方法建立了一种新型旋转对称弧形支承板拓扑结构机座。通过对六个新型机座分别进行双耦合分析与静力分析发现,由热变形引起的中心标高变化随各结构的变化有减小的趋势,支承刚度随各结构的变化有增大的趋势,这种支承刚度增加的趋势扩大了寻找最佳刚度匹配的临界点空间,有助于提高轴系的工作稳定性。本论文在研究过程中运用最新ANSYS Workbench平台以及平台下的ANSYSCFX、Shape Optimization、Goal Driven Optimization 等方法,结合机座在实际工作中的边界,从以下几个方面进行了研究:1)运用双耦合的计算方法对旋转对称支承板机座进行热流固耦合计算以及热固耦合计算,通过改变热气通道和冷气通道进口温度,得到了机座的热变形与热应力及其随进口温度变化的关系。2)通过导入局部坐标系下机座各主要面的热边界条件,验证了其合理性。3)通过对机座边界条件的对称化处理,对机座进行了拓扑优化,得到了新型旋转对称弧形支承板机座结构,进一步对其进行了分析,证明了其合理性。4)在多物理场耦合分析的同时初步完成了机座和轴系最佳刚度匹配下的机座支承板多目标驱动优化,为今后机座的整体优化研究提供了一定的理论依据和方法参考。