一種合缸狀態(tài)下小型汽輪機通流間隙誤差補償方法
【專利摘要】一種合缸狀態(tài)下小型汽輪機通流間隙誤差補償方法，屬于小型汽輪機通流間隙測量領域。解決了現(xiàn)有全缸狀態(tài)時小型汽輪機內部細小通流間隙值無法通過三維掃描方法測量及現(xiàn)有半缸狀態(tài)的通流間隙測量精度低的問題。首先根據(jù)汽輪機各單部套零件圖紙在CATIA軟件中建立汽輪機各部套三維模型；對建立的汽輪機各部套三維模型的關鍵件進行簡化，獲得有限元模型；確定有限元模型中需加載的單部套的載荷；將CATIA中各部套三維模型導入到ABAQUS軟件中；確定需要提取的關鍵點位置；在半缸狀態(tài)下提取關鍵點通流間隙值；模擬在合缸狀態(tài)，進行有限元仿真確定各關鍵點補償量；根據(jù)補償量對半缸狀態(tài)下的關鍵點值進行補償。用于對汽輪機通流間隙補償。
【專利說明】
一種合缸狀態(tài)下小型汽輪機通流間隙誤差補償方法
技術領域
[0001 ]本發(fā)明屬于小型汽輪機通流間隙測量領域。
【背景技術】
[0002] 汽輪機通流間隙是汽輪機轉子與汽輪機靜子之間軸向及徑向間隙的統(tǒng)稱，它直接 關系到機組運行效率，而通流間隙是在機組總裝過程中動靜部分裝配在一起后，通過反復 測量及修配的方式最終調整到設計要求的范圍內，即通流間隙準確與否很大程度上取決于 裝配測量。目前，工程上是按照傳統(tǒng)的方式進行測量的，對于汽輪機軸向通流間隙采用直接 測量的方式進行，比如用卡尺、斜度尺等直接對目標位置進行測量讀數(shù)。而對于汽輪機徑向 通流間隙的測量是將轉子落入汽輪機缸體內部，對于左右兩側的徑向間隙的測量采用塞尺 測量，而落入轉子后的底部測量一般采用壓膠帶的方式進行，即在汽缸下半安裝完成后，在 汽缸內部間隙測量位置層疊的放置若干層膠帶，落入轉子后將轉子吊出，然后觀察有壓痕 的膠帶的厚度，以此作為徑向間隙值，由于膠帶每層厚度為〇.2mm。所以該方法測量的精度 為0.2mm，測量精度較低。
[0003] 采用非接觸式激光三維掃描、接觸式打點測量等現(xiàn)代高精度等方法可以得到小型 汽輪機半缸狀態(tài)的通流間隙值，在實際應用中，半缸狀態(tài)測量的通流間隙值與實際的小型 汽輪機運行時的合缸狀態(tài)的通流間隙值有一定的差異，需要將半缸狀態(tài)的通流間隙值進行 補償與優(yōu)化。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有全缸狀態(tài)時小型汽輪機內部細小通流間隙值無法通過三 維掃描方法測量及現(xiàn)有半缸狀態(tài)的通流間隙測量精度低的問題，本發(fā)明提供了一種合缸狀 態(tài)下小型汽輪機通流間隙誤差補償方法。
[0005] -種合缸狀態(tài)下小型汽輪機通流間隙誤差補償方法，該方法包括如下步驟：
[0006] 步驟一、根據(jù)汽輪機各單部套零件圖紙在CATIA軟件中建立汽輪機各部套三維模 型，汽輪機各部套三維模型中關鍵件包括前軸承座、整段轉子、前汽缸上部、前汽缸下部、隔 板、后汽缸上部、后汽缸下部和后軸承座；
[0007] 步驟二、對建立的汽輪機各部套三維模型的關鍵件進行簡化，獲得有限元模型；
[0008] 步驟三、在CATIA軟件中的根據(jù)質量分析確定有限元模型中各單部套的載荷；
[0009] 步驟四、將步驟二中獲得的有限元模型導入到ABAQUS軟件中，獲得全缸裝配體分 析模型，再將全缸裝配體分析模型中的前汽缸上部和后汽缸上部拆除，獲得半缸裝配體分 析模型；
[0010] 步驟五、根據(jù)汽輪機裝配圖紙及出廠檢測要求書確定需要提取的各關鍵點位置； [0011]步驟六、在半缸狀態(tài)下通過非接觸式激光三維掃描獲得各關鍵點所對應的通流間 隙實際測量初始值；
[0012]步驟七、半缸裝配體分析模型施加步驟三中獲得的相應的各單部套的載荷，進行 有限元分析，獲得半缸狀態(tài)下，步驟五中各關鍵點所對應的通流間隙的仿真值;再對全缸裝 配體分析模型施加步驟三中獲得的相應的各單部套的載荷，進行有限元分析，獲得全缸狀 態(tài)下，步驟五中各關鍵點所對應的通流間隙的仿真值;將全缸狀態(tài)下，步驟五中各關鍵點所 對應的通流間隙的仿真值與半缸狀態(tài)下，步驟五中各關鍵點所對應的通流間隙的仿真值相 對應的部分分別作差，獲得各關鍵點所對應的通流間隙的變化值；
[0013] 步驟八、根據(jù)各關鍵點所對應的通流間隙的變化值對半缸狀態(tài)下的各關鍵點所對 應的通流間隙實際測量初始值進行相應的補償，完成對汽輪機通流間隙誤差的補償。
[0014] 所述的步驟五中獲得的各關鍵點位置包括:轉子前后汽封處沿圓周方向上平均分 布的四個點、轉子各級軸根處沿圓周方向上平均分布的四個點、轉子各級尾帶處沿圓周方 向上平均分布的四個點、全缸缸體洼窩處沿圓周方向上平均分布的四個點及各級隔板沿圓 周方向上平均分布的四個點。
[0015] 所述的步驟八中，根據(jù)各關鍵點所對應的通流間隙的變化值對半缸狀態(tài)下的各關 鍵點所對應的通流間隙實際測量初始值進行相應的補償，完成對汽輪機通流間隙誤差的補 償?shù)木唧w過程為：
[0016] 將步驟六獲得的各關鍵點所對應的通流間隙實際測量初始值與步驟七獲得的各 關鍵點所對應的通流間隙的變化值分別進行疊加，得到各關鍵點所對應的補償后的通流間 隙值，完成對汽輪機通流間隙誤差的補償。
[0017] 本發(fā)明帶來的有益效果是，通過非接觸式激光三維掃描的方式結合本發(fā)明的技 術，實現(xiàn)了對小型汽輪機內部細小通流間隙值的測量;二是本發(fā)明首先通過汽輪機各項實 際數(shù)據(jù)建模，在仿真狀態(tài)下求取合缸及半缸狀態(tài)下的各關鍵點所對應的通流間隙的變化 值，根據(jù)各關鍵點所對應的通流間隙的變化值對半缸狀態(tài)下的各關鍵點所對應的通流間隙 實際測量初始值進行相應的補償，完成對汽輪機通流間隙誤差的補償，使得小型汽輪機通 流間隙的測量精度提高了 77.5%，改進了原有傳統(tǒng)方法，如壓鉛絲等的測量方法，本發(fā)明方 法簡單，測量結果精確，補償精度高。
【附圖說明】
[0018] 圖1為缸體和隔板連接關系圖；
[0019] 圖2為汽輪機轉子軸頸汽封尺處的截面圖；
[0020] 圖3為限元分析的流程圖；
[0021] 圖4為合缸狀態(tài)下各級關鍵點處的A、C向通流間隙變化量的曲線圖；
[0022] 圖5為合缸狀態(tài)下各級關鍵點處的A、C向通流間隙補償量的曲線圖；
[0023] 圖6為合缸狀態(tài)下各級關鍵點處的B、D向通流間隙變化量的曲線圖；
[0024] 圖7為合缸狀態(tài)下各級關鍵點處的B、D向通流間隙補償量的曲線圖；
[0025] 圖8為轉子合缸狀態(tài)下補償前后的對比圖；
[0026] 圖9為轉子合缸狀態(tài)下，所提取的左右支撐點圓心豎直方向上的變化量；
[0027] 圖10為各級關鍵點b處形變位移值的補償前后對比圖；
[0028] 圖11為各級關鍵點D處實際補償量的數(shù)據(jù)波形圖；
[0029] 圖12為統(tǒng)一轉子基準后的各級關鍵點處的A、C向通流間隙補償值的曲線圖；
[0030] 圖13為【具體實施方式】一所述的一種合缸狀態(tài)下小型汽輪機通流間隙誤差補償方 法的流程圖。
【具體實施方式】
[0031 ]【具體實施方式】一：參見圖13說明本實施方式，本實施方式所述的一種合缸狀態(tài)下 小型汽輪機通流間隙誤差補償方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：
[0032]步驟一、根據(jù)汽輪機各單部套零件圖紙在CATIA軟件中建立汽輪機各部套三維模 型，汽輪機各部套三維模型中關鍵件包括前軸承座、整段轉子、前汽缸上部、前汽缸下部、隔 板、后汽缸上部、后汽缸下部和后軸承座；
[0033]步驟二、對建立的汽輪機各部套三維模型的關鍵件進行簡化，獲得有限元模型；
[0034]步驟三、在CATIA軟件中的根據(jù)質量分析確定有限元模型中各單部套的載荷；
[0035]步驟四、將步驟二中獲得的有限元模型導入到ABAQUS軟件中，獲得全缸裝配體分 析模型，再將全缸裝配體分析模型中的前汽缸上部和后汽缸上部拆除，獲得半缸裝配體分 析模型；
[0036] 步驟五、根據(jù)汽輪機裝配圖紙及出廠檢測要求書確定需要提取的各關鍵點位置；
[0037] 步驟六、在半缸狀態(tài)下通過非接觸式激光三維掃描獲得各關鍵點所對應的通流間 隙實際測量初始值；
[0038] 步驟七、半缸裝配體分析模型施加步驟三中獲得的相應的各單部套的載荷，進行 有限元分析，獲得半缸狀態(tài)下，步驟五中各關鍵點所對應的通流間隙的仿真值;再對全缸裝 配體分析模型施加步驟三中獲得的相應的各單部套的載荷，進行有限元分析，獲得全缸狀 態(tài)下，步驟五中各關鍵點所對應的通流間隙的仿真值;將全缸狀態(tài)下，步驟五中各關鍵點所 對應的通流間隙的仿真值與半缸狀態(tài)下，步驟五中各關鍵點所對應的通流間隙的仿真值相 對應的部分分別作差，獲得各關鍵點所對應的通流間隙的變化值；
[0039] 步驟八、根據(jù)各關鍵點所對應的通流間隙的變化值對半缸狀態(tài)下的各關鍵點所對 應的通流間隙實際測量初始值進行相應的補償，完成對汽輪機通流間隙誤差的補償。
【具體實施方式】 [0040] 二:本實施方式與一所述的一種合缸狀態(tài)下小型汽輪 機通流間隙誤差補償方法的區(qū)別在于，所述的步驟五中獲得的各關鍵點位置包括:轉子前 后汽封處沿圓周方向上平均分布的四個點、轉子各級軸根處沿圓周方向上平均分布的四個 點、轉子各級圍帶處沿圓周方向上平均分布的四個點、全缸缸體洼窩處沿圓周方向上平均 分布的四個點及各級隔板沿圓周方向上平均分布的四個點。
【具體實施方式】 [0041] 三:本實施方式與一所述的一種合缸狀態(tài)下小型汽輪 機通流間隙誤差補償方法的區(qū)別在于，所述的步驟八中，根據(jù)各關鍵點所對應的通流間隙 的變化值對半缸狀態(tài)下的各關鍵點所對應的通流間隙實際測量初始值進行相應的補償，完 成對汽輪機通流間隙誤差的補償?shù)木唧w過程為：
[0042] 將步驟六獲得的各關鍵點所對應的通流間隙實際測量初始值與步驟七獲得的各 關鍵點所對應的通流間隙的變化值分別進行疊加，得到各關鍵點所對應的補償后的通流間 隙值，完成對汽輪機通流間隙誤差的補償。
[0043] 實施例
[0044] 以某型號的13.8MW小型汽輪機組合缸狀態(tài)下通流間隙補償為例。
[0045] 步驟一、根據(jù)小型汽輪機相關圖紙在CATIA中建立汽輪機各部套三維設計模型；
[0046] 根據(jù)小型汽輪機的各部套零件設計圖紙，建立汽輪機三維設計模型，根據(jù)裝配設 計圖紙確定復雜模型有限元的可行性和具體應簡化的部位。該汽輪機的整體結構主要可以 分為以下幾個部分，分別是前軸承座上部、前軸承座下部、前汽缸上部、前汽缸下部、后汽缸 上部、后汽缸下部、后軸承座上部、后軸承座下部、各級隔板內部套、轉子等10個主要的部分 組成。
[0047] 由于汽輪機復雜葉片的建立會導致有限元分析過程中局部區(qū)域的網(wǎng)格劃分過細， 致使有限元分析計算量劇增，影響計算效率。為此，需要對葉片進行三維實體建模，通過質 量分析得出各級葉片的載荷。然后，對分析模型進行加載，以實現(xiàn)模擬仿真的效果。復雜葉 片模型的建立需要對各檔型值點坐標用Excel的加載宏選項，以樣條曲線的形式導入到 CATIA的創(chuàng)成式外形設計模塊。
[0048] 葉片的每檔型線是由進汽邊和出汽邊的兩條樣條曲線以及這兩個樣條曲線的兩 個共切圓組成。
[0049] 經(jīng)過公切圓修整后的型線為葉片該檔閉合型線。
[0050] 將各級型線導入后形成完整的型線檔，然后建立導引線和初始截面，將各檔型線 按照導引線進行多截面實體操作，得出最終的葉片三維實體。
[0051] 將動葉片根據(jù)靜葉片安裝角、安裝角變化角度以及0檔型線位置來確定葉片安裝 位置，建模后簡化前的轉子裝配總圖。
[0052]步驟二、對建立的汽輪機各部套關鍵件的復雜模型進行系統(tǒng)性的簡化。在有限元 分析前，需將小型汽輪機關鍵件的復雜模型進行系統(tǒng)性的簡化。由于有限元分析主要分析 缸體和各部套在自身重力下產(chǎn)生的形變量，在不進行應力分析的情況下可以不必考慮細小 特征對模型的影響，如螺栓孔、螺釘、局部細小特征、對整體形變影響不大的微小形狀特征 等，均可予以簡化。
[0053]對于轉子部分，在簡化過程中由于復雜葉片的在后期有限元分析過程中會造成不 必要的網(wǎng)格劃分過細，影響計算效率，考慮轉子的結構是由各級葉片均勻裝配在整段轉子 上的，整段轉子是真正的被加載對象，提供足夠的剛度，而葉片和圍帶均作為載荷。將汽輪 機的各級葉片和圍帶進行相應的簡化，各級汽封處的細小汽封尺對于載荷的變化和轉子的 剛度影響甚微，也應予以簡化，同時考慮后端齒輪和聯(lián)軸器是裝配在轉子上的，也就是說齒 輪并不提供剛度，僅僅是提供載荷。對于轉子上的調節(jié)級處的細小特征予以簡化，只保留提 供剛度的轉子軸段。
[0054]對于小型汽輪機缸體模型的簡化，由于小型汽輪機的螺栓在合缸狀態(tài)下是處于擰 緊狀態(tài)的，擰緊的螺栓成均布分布，數(shù)量較多，預緊力造成螺栓接觸面局部處于過盈狀態(tài)。 在前汽缸下部和后汽缸下部的連接部分，可以簡化螺栓和配合孔的特征，將二者連接的接 觸形式設置為聯(lián)接狀態(tài)，以達到簡化模型的目的。
[0055] 對于前軸承座和后軸承座，結構比較復雜，簡化的程度較高。前軸承座的一些螺栓 孔、螺栓以及不必要的吊環(huán)、吊耳等特征均予以簡化。
[0056] 步驟三、確定有限元模型中需加載的單部套的載荷。根據(jù)葉片和圍帶部分的在 CATIA系統(tǒng)中的質量分析來確定轉子各檔的載荷。以第六級葉片為例，
[0057]經(jīng)過CATIA質量分析后，根據(jù)圖紙情況計算出加載在整段轉子上各檔葉片和部套 的實際載荷，得出汽輪機各檔載荷值如表1。
[0058]表1汽輪機各檔載荷值
[0060] 簡化后的模型，計算汽缸上端大氣閥載荷，經(jīng)過計算的汽缸上端的大氣閥載荷如 表2。
[0061] 表2汽缸上端的大氣閥載荷
[0063] 隔板本身和缸體之間是通過搭子來傳遞力的，缸體通過搭子為隔板提供必要的支 撐，由于隔板套存在大量復雜的葉片，影響有限元分析網(wǎng)格劃分。需簡化隔板套部分，將隔 板套認為定向載荷以搭子加載到下缸體上，進而傳遞到汽輪機缸體上。缸體和隔板鏈接方 式如圖1。
[0064] 通過設計圖紙可以查得隔板質量和搭子作用面積數(shù)據(jù)，進而算出相互作用的壓 強，以及各級隔板載荷數(shù)據(jù)如表3。
[0065]表3各級隔板載荷數(shù)據(jù)
[0067] 步驟四、將CATIA各部套三維模型導入到ABAQUS中。
[0068] 步驟五、確定需要提取關鍵點位置:轉子前后汽封處、轉子各級軸根處、轉子各級 圍帶處的a、b、c、d(左、下、右、上）點以及缸體或隔板上對應的A、B、C、D(左、下、右、上）點各 向的位移變化值。此外，還需要提取上下缸搭子位移和隔板對應點的汽封位移。本實施例中 測量的關鍵點的位置一共有十八級，即前氣封1，前氣封2，前氣封3，前氣封4，前氣封5，2級 軸根，2級軸頂，3級軸根，3級軸頂，4級軸根，4級軸頂，5級軸根，5級軸頂，6級軸根，6級軸頂， 后汽封1，后汽封2，后汽封3。每一級具有相似性，以某一級為例，在有限元分析軟件中，對有 限元分析模型的各級關鍵點測量位置處處做豎直截面，可得單部套組合件間兩個圓環(huán)組成 的通流間隙截面圖，沿內圓圓周水平和豎直平方向平均分布的四個點為a、b、c、d，即內圓圓 周的左、下、右、上四點，沿外圓圓周水平和豎直平方向平均分布的四個點為A、B、C、D，即外 圓圓周的左、下、右、上四點。
[0069] 步驟六、在半缸狀態(tài)下提取關鍵點通流間隙值。
[0070] 有限元分析是將復雜模型分解成多個子單元，對各個子單元進行數(shù)值解的計算， 用有限個子單元近似模擬復雜模型。ABAQUS軟件有限元分析流程如圖3所示。需要定義材 料、截面屬性、裝配關系、接觸形式、接觸狀態(tài)、分析步、輸出變量、載荷和邊界條件等參數(shù)設 置。通過分析計算，輸出分析點沿指定方向的變形量。
[0071] 步驟七、模擬合缸狀態(tài)，進行有限元仿真確定各關鍵點補償量。
[0072] 將所提取的全部數(shù)據(jù)從汽輪機前軸承座投影，任取一個隔板內汽封尺處的截面， 如圖2所示。A、B、C、D各向通流間隙變化量是由隔板汽封位置位移和轉子對應位置的位移變 化量疊加形成的。
[0073] B、D向變形量為負表示變形方向向下，為正表示變形方向向上。A、C向為正值，表示 變形是指向軸心方向的，為負值表示變形是遠離軸心方向的。轉子和缸體A、C向為正值表示 通流間隙呈變小趨勢，缸體B、D點和轉子b點變形量為負表示通流間隙呈變小趨勢，轉子d點 變形量為負值表示通流間隙呈變大趨勢。
[0074] 根據(jù)實際合缸狀態(tài)加載全部載荷，包括各級隔板載荷、轉子載荷、大氣閥載荷以及 缸體各部分自身重力的載荷，對整個汽輪機缸體進行加載。
[0075] 經(jīng)過有限元分析計算得出收斂解，由于數(shù)據(jù)量較大，用時較長，完成共計12個增量 步的計算，得出收斂解。
[0076] 汽輪機合缸狀態(tài)提取的數(shù)據(jù)包括轉子各級前后汽封處、轉子各級軸根處、轉子各 級圍帶處的a、b、c、d以及缸體或隔板上對應的A、B、C、D各向的位移變化值，其中A、C向從垂 直于轉子位移云圖中提取，B、D向從豎直方向位移云圖中提取。
[0077] 此外，還需要提取上下缸搭子位移和隔板對應點的汽封位移。從而，提供完整的計 算通流間隙變化量的數(shù)據(jù)。
[0078] 所提取的各級搭子的變形量，然后，用搭子形變量和隔板自身形變量進行疊加得 出隔板變形量。
[0079]表4各級搭子變形量
[0081 ]表5合缸狀態(tài)下各級軸根處形變量
[0083]表6合缸狀態(tài)下各級軸頂汽封的形變量
[0086] 合缸狀態(tài)下各級前汽封和后汽封變形量如表7和表8所示。
[0087] 表7合缸狀態(tài)下各級前汽封的形變量
[0089]表8合缸狀態(tài)下各級前汽封的形變量
[0091] 根據(jù)所提取的各測量點變形量，計算出合缸狀態(tài)下各級通流間隙的變化量，其中， A、C向通流間隙變化量如圖4。
[0092] 由于垂直于軸方向上的整體變形量較小，故通流間隙變化量較小，且均呈現(xiàn)負值， 表示通流間隙變小。負值產(chǎn)生的原因是轉子由于自身重力導致兩側變寬，上下變窄，同時隔 板本身由于兩側搭子支撐下受自身重力而導致的兩側收窄，中間下沉所致。這種現(xiàn)象越是 靠近后汽封越明顯，主要是因為轉子越靠近第六級受重力作用越明顯。并且各級軸根處的 變形要小于軸頂處，也說明軸根處本身受重力影響較小造成的。根據(jù)A、C向通流間隙變化 量，得出A、C向通流間隙補償量，如圖5?？梢?，補償?shù)淖畲罅績H為6um，補償數(shù)據(jù)在補償數(shù)量 較小時呈現(xiàn)不規(guī)則形態(tài)。
[0093] 由于兩種狀態(tài)的主要區(qū)別是沿豎直方向上的，故測量補償沿B、D向補償量更為明 顯，B、D向通流間隙變化量如圖6所示。
[0094] 可見就某一方向來看，兩種通流間隙的補償趨勢是相同的。轉子的重量超過3噸， 造成轉子合缸狀態(tài)的通流間隙變化量較大。且B向通流間隙變化趨勢主要是變小，D向通流 間隙變化趨勢為變大，符合轉子受自身重力的撓度方向。得出B、D向通流間隙補償量如圖7。
[0095] 可見，B向補償是朝著通流間隙變小的方向補償，D向則是朝著通流間隙變大的方 向補償。
[0096] 通過分析可以得出，轉子自身撓度會導致D向通流間隙變大，B向通流間隙變小的 趨勢。轉子本身受到彎矩作用會產(chǎn)生兩端變寬，上下變窄，整體通流間隙變化應該呈D向變 大，其余各向變小的趨勢。
[0097] 步驟八、根據(jù)補償量對半缸狀態(tài)下的關鍵點值進行補償。
[0098] 小型汽輪機上缸體的有限元分析與數(shù)據(jù)補償
[0099] 轉子在實際進行三維激光掃描時，狀態(tài)是由兩個V塊支撐與汽封尺處進行掃描的， 這樣掃描出的結果和實際合缸狀態(tài)有較大的出入。將該種狀態(tài)進行有限元分析。
[0100] 轉子支撐掃描狀態(tài)和轉子合缸狀態(tài)的分析基準是不統(tǒng)一的，先要統(tǒng)一數(shù)據(jù)基準， 針對轉子而言，基準統(tǒng)一為轉子兩支撐點中心的連線，轉子撓度的數(shù)據(jù)提取均以該基準做 補償。提取轉子支撐位置中心處的豎直方向形變量分別為-〇.〇〇7mm和-0.009mm，平均補償 量為0.008mm，以b點為例，補償前后對比圖如圖8。
[0101] 轉子合缸狀態(tài)下，所提取的左右支撐點（即：點(xl，yl)，點（X2，y2))圓心豎直方向 形變分別為-〇. 0054mm和-0.0591mm相差較大，需要進行線性補償，如圖9。
[0102] 由提取的豎直位移和轉子尺寸可以獲得支撐點坐標和對應撓度變化量，以轉子起 始點為圓心可以計算出轉子中心線直線方程，由轉子中心線到x軸投影即可得出合缸狀態(tài) 下轉子各點撓度補償量，由于投影角度十分微小，故近似看成相等。計算補償直線函數(shù)，以b 向為例補償前后的對比圖如圖10。
[0103] 可見，補償后的撓度曲線圖更加接近實際轉子撓度變化情況。根據(jù)基準統(tǒng)一補償 后的兩種支撐方式的各通流點四向變形量算出兩種支撐方式各點變形量的相對差值。
[0104] 由于實際測量條件的限制，在數(shù)據(jù)采集時，采用上缸體在四個支撐臺支承的狀態(tài) 下測得。
[0105] 由于這種支承方式和實際合缸狀態(tài)支承方式的偏差是未知的。為此，對上缸體處 于該種放置狀態(tài)的形變情況進行有限元分析，與轉子實際合缸狀態(tài)進行對比，以確定通流 間隙補償量。
[0106] 上缸體以四個支撐臺為支撐的情況下，經(jīng)過有限元分析，可以得出，缸體實際的變 形量達到0.468mm，最大變形量是合缸狀態(tài)下的最大變形量0.137mm的342%。上缸體實際對 通流間隙的影響是通過搭子傳導的。然而，若進行上缸體測量狀態(tài)和合缸狀態(tài)的對比需要 統(tǒng)一基準。選中分面作為基準進行基準統(tǒng)一，提取搭子相對于中分面的變形量。同時對于合 缸狀態(tài)也需將提取的數(shù)據(jù)以中分面為基準進行計算。
[0107] 若提取上缸體相對于中分面D向變形量數(shù)據(jù)，所相對的中分面應該是該級汽封所 在截面的中分面變形量。由于上缸體本身是對稱結構，僅提取一側數(shù)據(jù)即可，所提取的前、 后汽封D向補償數(shù)據(jù)分別如表9和表10。
[0108] 表9前汽封D向補償數(shù)據(jù)表
[0110]表10前汽封D向補償數(shù)據(jù)表
[0113] 汽輪機上缸部分2~4級隔板是通過搭子連接在上缸體上的，對應的2~4級軸根軸 頂處D向相對形變量就是搭子相對于中分面的形變量和隔板本身形變量疊加的結果，2~4 級軸根軸頂D向補償數(shù)據(jù)如表11。
[0114] 表11 2~4級軸根軸頂D向補償數(shù)據(jù)
[0116] 5~6級隔板是由下缸體支撐的，所以這兩級D向形變量是跟隨下缸體一樣以下端 大底面為基準得出相對變形量，即搭子變形量和隔板變形量的疊加。
[0117]通過實際補償量的數(shù)據(jù)，如圖11。
[0118] 可以看出各級軸根處的補償量小于各級軸頂處的補償量，主要是軸根處的剛度要 大于軸頂處的相對剛度。而第5、6級隔板的整體補償量較大，主要原因是第5、6級隔板是放 置在下缸體上的，不受上缸形變影響。6級隔板本身質量較大，為1.6噸是二級隔板的質量的 3.4倍，相對補償量較大。
[0119] 小型汽輪機下缸體的有限元分析與數(shù)據(jù)補償
[0120] 下缸體實際測量過程先放入了 2、4、6級隔板，然后將隔板取出，再放入3、5級隔板。
[0121] 在有限元計算時，對這兩種情況分別加載，得出的3、5級隔板加載的位移云圖。
[0122] 兩種加載方式對前汽封和后汽封通流間隙影響甚微，對搭子位移影響較大。為此， 分別提取兩種狀態(tài)下的搭子位移量，結果如表12。可見由加載的搭子的位移要大于無載荷 的搭子。由于兩組隔板是分開掃描的，為此，在疊加搭子位移形變時，也應該分別疊加。
[0123] 表12兩種狀態(tài)下的搭子位移量
[0125] 由于軸頂處通流間隙計算方法和軸根處相似，以第6級隔板通流間隙補償計算為 例，根據(jù)轉子數(shù)據(jù)提取情況分別就合缸狀態(tài)和兩V塊支撐狀態(tài)計算出，轉子各點的相對補償 量，如表13。
[0126] 表13轉子各點的相對補償量
[0128] 第6級隔板在合缸狀態(tài)和半合缸狀態(tài)下計算隔板疊加變形量，并計算出相對補償 量，如表14。
[0129] 表14相對補償量
[0131]最后，根據(jù)隔板和轉子相對補償量，計算出通流間隙變化量，如表15。
[0132] 表15通流間隙變化量
[0134] 其中測量狀態(tài)下的隔板放置在橡膠墊上掃描的。提取的隔板變形數(shù)據(jù)按照該種放 置狀態(tài)進行提取。
[0135] 前汽封和后期汽封計算方法相似，以1檔前汽封為例，補償數(shù)據(jù)如表16。
[0136] 表16補償數(shù)據(jù)
[0138] 計算出的通流間隙補償量如表17。
[0139] 表17通流間隙補償量
[0141]將所有通流間隙補償量匯總，得出的A、C向通流間隙補償值如圖12。
【主權項】
1. 一種合缸狀態(tài)下小型汽輪機通流間隙誤差補償方法，其特征在于，該方法包括如下 步驟： 步驟一、根據(jù)汽輪機各單部套零件圖紙在CATIA軟件中建立汽輪機各部套三維模型，汽 輪機各部套三維模型中關鍵件包括前軸承座、整段轉子、前汽缸上部、前汽缸下部、隔板、后 汽缸上部、后汽缸下部和后軸承座； 步驟二、對建立的汽輪機各部套三維模型的關鍵件進行簡化，獲得有限元模型； 步驟三、在CATIA軟件中的根據(jù)質量分析確定有限元模型中各單部套的載荷； 步驟四、將步驟二中獲得的有限元模型導入到ABAQUS軟件中，獲得全缸裝配體分析模 型，再將全缸裝配體分析模型中的前汽缸上部和后汽缸上部拆除，獲得半缸裝配體分析模 型； 步驟五、根據(jù)汽輪機裝配圖紙及出廠檢測要求書確定需要提取的各關鍵點位置； 步驟六、在半缸狀態(tài)下通過非接觸式激光三維掃描獲得各關鍵點所對應的通流間隙實 際測量初始值； 步驟七、半缸裝配體分析模型施加步驟三中獲得的相應的各單部套的載荷，進行有限 元分析，獲得半缸狀態(tài)下，步驟五中各關鍵點所對應的通流間隙的仿真值;再對全缸裝配體 分析模型施加步驟三中獲得的相應的各單部套的載荷，進行有限元分析，獲得全缸狀態(tài)下， 步驟五中各關鍵點所對應的通流間隙的仿真值;將全缸狀態(tài)下，步驟五中各關鍵點所對應 的通流間隙的仿真值與半缸狀態(tài)下，步驟五中各關鍵點所對應的通流間隙的仿真值相對應 的部分分別作差，獲得各關鍵點所對應的通流間隙的變化值； 步驟八、根據(jù)各關鍵點所對應的通流間隙的變化值對半缸狀態(tài)下的各關鍵點所對應的 通流間隙實際測量初始值進行相應的補償，完成對汽輪機通流間隙誤差的補償。2. 根據(jù)權利要求1所述的一種合缸狀態(tài)下小型汽輪機通流間隙誤差補償方法，其特征 在于，所述的步驟五中獲得的各關鍵點位置包括:轉子前后汽封處沿圓周方向上平均分布 的四個點、轉子各級軸根處沿圓周方向上平均分布的四個點、轉子各級圍帶處沿圓周方向 上平均分布的四個點、全缸缸體洼窩處沿圓周方向上平均分布的四個點及各級隔板沿圓周 方向上平均分布的四個點。3. 根據(jù)權利要求1所述的一種合缸狀態(tài)下小型汽輪機通流間隙誤差補償方法，其特征 在于，所述的步驟八中，根據(jù)各關鍵點所對應的通流間隙的變化值對半缸狀態(tài)下的各關鍵 點所對應的通流間隙實際測量初始值進行相應的補償，完成對汽輪機通流間隙誤差的補償 的具體過程為： 將步驟六獲得的各關鍵點所對應的通流間隙實際測量初始值與步驟七獲得的各關鍵 點所對應的通流間隙的變化值分別進行疊加，得到各關鍵點所對應的補償后的通流間隙 值，完成對汽輪機通流間隙誤差的補償。
【文檔編號】G06F17/50GK105893695SQ201610252030
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月21日
【發(fā)明人】呂民, 高彤, 黃新濤, 趙寒達, 王強, 高鳴哲, 邵文迪
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學