多场耦合下汽轮机主汽阀动态响应与间隙特性研究

摘要

针对大功率汽轮机主汽阀在频繁调峰运行中因热力耦合作用易发生变形卡涩，进而影响机组安全性的问题，综合考虑温度梯度与蒸汽流动压力对阀门变形的影响，建立了基于多重参考系与三维有限元的流-热-固耦合模型。采用接触算法处理阀壳与阀杆间隙的接触问题，并应用重叠网格方法模拟阀门快速关闭过程中阀杆的动态运动特性，实现阀门结构强度与接触间隙变形的瞬态计算及分析。研究结果表明：在阀门全开的稳定运行工况下，阀杆和阀壳的最大等效应力分别为376和323 MPa;冷态启动、停机及快速关闭过程中，阀壳与阀杆的最大等效应力分别为414、225、265 MPa和102、141、170 MPa,均满足材料强度设计要求；各工况下阀杆与阀芯间隙均呈不对称分布，其范围在0.56～1.04 mm,且均未发生接触干涉，阀门无卡涩现象。研究所建模型能够准确预测多场耦合下阀门的动态响应与间隙特性，为汽轮机主汽阀的强度评估与防卡涩设计提供了可靠依据。

关键词

汽轮机主汽阀 / 流-热-固耦合 / 瞬态计算 / 重叠网格 / 卡涩

基金资助

国家自然科学基金资助项目(12372057)