高参数机组调节级喷嘴叶栅热应力分析【摘要】随着超临界机组甚至是超超临界机组应用越来越广泛，在变工况条件下，调节级部分的工作环境变得更加恶劣。本文以 600MW 超超临界汽轮机为例，应用 ANSYS 建立了调节级喷嘴室的有限元分析模型，得到了变工况下应力分布规律，模拟出整个调节级喷嘴室、喷嘴的应力分布图，了解喷嘴室、喷嘴叶栅应力最高的部分，为讨论机组变工况下热应力的分析提供了理论基础，并为机组的启动优化提供了参考。【关键词】调节级；喷嘴组；热应力；温度场0 引言超超临界汽轮机具有大容量、高参数的特性，进汽蒸汽的温度超过600℃，压力达 27MPa。机组配汽方式为喷嘴配汽，其调节级分为几个喷嘴组，每一组各由一个调节汽门控制，蒸汽要经过几个依次开启或关闭的调节汽门，以改变调节级的通流面积控制进入汽轮机的蒸汽量。但汽轮机在启停以及变负荷运行等非稳定工况时，喷嘴调节方式会导致主要部件温度梯度较大，引起高压缸各级相当大的热应力和热变形，致使机组寿命损耗[1—2]。本文采纳有限元分析方法，通过对汽轮机调节级热应力场进行分析，模拟出整个调节级喷嘴室的应力分布图，以便了解喷嘴热应力最高的部分，并为机组的变工况运行提供参考。1 调节级喷嘴的应力场模型1.2 应力场模型1.3 几何模型建模时将 600MW 超超临界汽轮机进汽室及喷嘴组截面作为讨论对象。按结构图纸取进汽室内半径 0.075m，外半径 0.13，喷嘴截面长 0.08m，进口高 0.043m，出口高 0.032m，划分网格后的几何模型如图 1 所示。2 计算实例2.1 材料物性参数的确定采纳有限元模拟调节级进汽室及喷嘴的温度场和应力场时，材料的物理性能参数的选取直接影响到温度场和应力场计算结果的准确性。材料的物性参数如导热系数及热膨胀系数等均是依赖于温度的，其值随着温度而改变，但由于材料在高温下的导热实验数据不易获得，因此本文分析过程中将其作为常量处理，即不考虑材料对温度的非线性效应。2.2 初始条件的确定根据机组运行数据得到不同负荷时调节级金属对应的温度作为初始条件，如表 1 所示。2.3 应力场分布图 2 机组负荷为 600MW 时的等效应力场分布图调节级喷嘴室和喷嘴受到热冲击时会发生体积和形状的改变，故应根据第四强度理论推断其应力水平。ANSYS 中的等效应力（VonMietre）是程序根据第四强度理论计算获得的[5]。因为在实际中很难找到真正的单轴拉压的情况，一般结构的受力都没有这么简单，所以在分析的时候需要用...
