劉誌德 蒙俊斌 張偉忠 劉永利
（哈爾濱汽輪機廠有限（xiàn）責（zé）任公司，哈爾濱 150046）
摘 要：采用有限元分析軟件MSC Nastran對空冷600MW汽輪機落地軸承箱計算模型（xíng）進行有限元分析，計算軸承座的剛（gāng）度，分（fèn）析軸承座的剛性，確保機組運行的安全。
關鍵詞（cí）：汽輪機；落（luò）地軸承箱；剛性；有限元；安全
0 前（qián）言（yán）
軸承箱（xiāng）是汽輪機的（de）重要部套之一，傳統的軸承座分為單（dān）獨落地（dì）的軸承座和與汽缸一體的軸承座。軸承座承擔著汽（qì）輪（lún）機轉子和汽缸動、靜載荷，同時還承擔著由於傳遞扭矩而帶來的反作（zuò）用力及高速旋轉部件的（de）不平衡質量而引起的動載荷，因此軸（zhóu）承（chéng）座應該有足夠（gòu）的強度和剛度。此外為滿足機組相對脹差（chà）和脹差的要求（qiú），也對（duì）軸承座座體的剛性有一定（dìng）的要求。
傳統的600MW機組（zǔ）的（de）後軸承座采用與汽缸（gāng）一體的結構，而（ér）空冷（lěng）600MW機組由於（yú）自（zì）身的結構和性能要求其（qí）軸承座（zuò）采用落地式結構，由於結構上的變化，同時軸（zhóu）承座剛性又是轉子——軸承——基礎這（zhè）一大係統的振動特性計算重要影響因（yīn）素之一，因此必須要對軸承座的各（gè）個方（fāng）向的剛度進行（háng）分析（xī）。由於傳統的剛（gāng）度獲得方法是通過對（duì）軸承座進行建（jiàn）立有機玻（bō）璃實體（tǐ）模型（xíng），經過多次試驗（yàn）測得。這個過程不僅實現起來比較困難，而且耗時比較長，也不能滿足機組（zǔ）設計周期的要（yào）求。隨著現（xiàn）代計算機仿真技術的逐（zhú）漸發展和完善，以及該技（jì）術（shù）在工程技術領域上的不斷（duàn）應用，設計人員（yuán）利用計算（suàn）機仿真技（jì）術，建立實（shí）體數學模型，輸入相關參數，通過物理仿（fǎng）真進行校（xiào）核，同時修正以前設計不合理的數據，使軸承座的設計達到優化值，有（yǒu）利於以（yǐ）後的設計。通（tōng）過計算機仿真技術來核算軸承座的剛度，不但減少了傳統試驗繁瑣的步驟，同時也避免（miǎn）了不少原來試驗中偶然因素的影（yǐng）響（xiǎng），也避免（miǎn）了不少資金和（hé）人力在設計（jì）上的浪費。仿真技術的（de）應用使部（bù）套的設計（jì）更符合實際的運行情況，能夠在（zài）設計上滿足機組運行安全（quán）性的要（yào）求，同時也為軸承座的（de）設計找到了一條新的途徑（jìng）。
1 力學模型
實（shí）體（tǐ）建模所采集的（de）數（shù）據完全取自空冷（lěng）機組落地軸承（chéng）箱的結構設計圖（tú）紙。圖1為在二維設計圖（tú）基（jī）礎上經過簡（jiǎn）化在UG環境下生成的方案設計實體模型。其材料性能（néng）特性見表1所示。
圖1 軸承箱實體模型
表1
2 有限（xiàn）元模型的建立
將（jiāng）三（sān）維落地軸（zhóu）承箱實體模型引入Pantran中（zhōng），並根（gēn）據（jù）軸承（chéng）座的各項約束，完成實體模型的前處理。落地軸承箱的模型用（yòng）四（sì）麵體單元10節（jiē）點（diǎn）劃分網格，整個模（mó）型生成的節點數和單元數分（fèn）別為：節點數218068；單元數136517，從而生（shēng）成了利用（yòng）Pantran前處理後的落地軸（zhóu）承箱結構的（de）有限元計算模型，如圖2所示。
圖2 落地軸（zhóu）承箱有（yǒu）限元計算模型
3 有限元分析（xī）
對軸承座自身的結構（gòu）等（děng）多方麵因素進行分析，發現軸承座（zuò）的垂直方向、軸向和（hé）橫向的位移（yí）對軸承座的剛度對機組運行安（ān）全以及機（jī）組（zǔ）振動有著決定（dìng）性的影響。對落地（dì）軸承箱的有限元模（mó）型用Nastran求解器進行有（yǒu）限元分析，主要在垂直方（fāng）向、軸向和橫向（xiàng）進行有限元分析。經過（guò）對軸（zhóu）承座的實體模型用Nastran求解器在這3個方向（xiàng）上進行分析，得到3個方（fāng）向上（shàng）的剛度結果如表2所示。
表2 3個（gè）方向的剛度 單位：10
9N/m
圖3為軸承箱實體模型在工（gōng）作狀態下在垂直方向（xiàng）上根據位移情況（kuàng）得出Z大的垂直剛度（dù）值是25×109N/m。
圖3 軸承座在垂直（zhí）方向有限元分析雲（yún）圖（tú）
圖4為軸承箱實體模型在工作（zuò）狀態下在橫向上根據位移情況（kuàng）得出（chū）Z大的橫向剛度值是4.4×109N/m。
圖4 軸承座的橫向有限元分析雲圖（tú）
圖5為軸承箱實體（tǐ）模型在工作狀態下在軸向上（shàng）根據位移情況得出（chū）Z大的軸（zhóu）向（xiàng）剛度值是3.68×109N/m。
圖5 軸承座的軸向有（yǒu）限元分析雲（yún）圖
分析這些方向上（shàng）的剛度遠遠地大於美國西屋公司所提供的各個方向的剛度（dù）值，證明了哈汽（qì）公司設計軸（zhóu）承座在剛度上完全（quán）符合工作狀（zhuàng）態下安全要求。
4 結論
根據對軸（zhóu）承箱的有限元分析得出（chū）如下的（de）結論：
（1）對空冷軸承箱用Nastran進行靜剛度分析，證明軸承箱結構可以滿足機（jī）組運行的（de）安全（quán）。
（2）計算機仿真技術在軸承（chéng）箱剛（gāng）度校核上的應用，避（bì）免了用有機玻璃模型試驗（yàn）工期（qī）長、準確性差的缺點（diǎn），確實地保證了機組的如期交貨和安全運行。
來源：《汽輪機技術（shù）》第（dì）47卷第（dì）6期 2005年12月
