[发明专利]一种燃气轮机径向间隙设计方法

说明书

本发明涉及燃气轮机技术领域，公开了一种燃气轮机径向间隙设计方法，根据燃气轮机设计点转子温度、压力、离心力及转速，利用有限元分析获得设计点的转子变形量；根据燃气轮机设计点静子温度、压力，利用有限元分析获得设计点的静子变形量；利用转静子配合处的热态径向控制间隙，以及设计点的转子变形量、设计点的静子变形量，计算获得燃气轮机转静子冷态径向间隙设计值，利用设计值结果计算燃气轮机不同热态工况下转静子径向间隙，使计算的热态间隙更加接近实际热态间隙值，符合燃气轮机径向间隙安全性设计要求，为准确分析和评估转静子间隙提供了较为准确的数据支持。

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，公开了一种燃气轮机径向间隙设计方法。

背景技术

燃气轮机转静子径向间隙对燃气轮机性能与安全等有着重要的意义，有数据表明，轴流压气机工作叶片叶尖间隙增加1%，级间效率下降1%，同时，燃气轮机转静子间隙设计不合理是燃气轮机故障的重要原因之一。因此，如何设计好转静子之间的径向间隙，既能够保住性能也能实现燃气轮机安全，成为当今世界燃气轮机设计重要瓶颈之一。

目前国内外计算转静子径向间隙设计往往采用传统的计算方法，即将燃气轮机设计点的热态间隙加上强度计算的转静子径向变形量差作为其冷态径向设计间隙，并以此冷态间隙逆算燃气轮机其他工况的热态间隙，以提供性能专业评估。该方法保证了燃气轮机设计点的性能要求，但在计算各工况的热态间隙时，只考虑了转静子的尺寸公差、形位公差，未考虑燃气轮机安全性设计原则，即没有考虑燃气轮机支点同心度、转静子跳动、轴承径向游隙的影响，以及过载变形、转子涡动量等情况下转静子变形量对径向间隙的影响，因此，该方法所得结构与燃气轮机实际工作状态仍存在较大偏差，不能保证燃气轮机转静子是否发生了碰磨，或者碰磨量大小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃气轮机径向间隙设计方法，设计值结果与燃气轮机实际装配后冷态以及不同热态工况下转静子径向间隙更加接近，符合燃气轮机径向间隙安全性设计要求，为准确分析和评估转静子间隙提供了较为准确的数据支持。

为了实现上述技术效果，本发明采用的技术方案是：

一种燃气轮机径向间隙设计方法，包括：

根据燃气轮机设计点转子温度、压力、离心力及转速，利用有限元分析获得设计点的转子变形量；

根据燃气轮机设计点静子温度、压力，利用有限元分析获得设计点的静子变形量；

利用转静子配合处的热态径向控制间隙值，以及设计点的转子变形量、设计点的静子变形量，计算获得燃气轮机转静子冷态径向间隙设计值。

进一步地，所述燃气轮机转静子冷态径向间隙设计值根据公式计算获得，其中为转静子配合处的热态径向控制间隙值，为设计点的转子变形量，为设计点的静子变形量。

进一步地，根据获得的转静子冷态径向间隙设计值计算不同工况下的转静子最小热态间隙，其中，为对应工况下内环径向位移量，为对应工况下外环径向位移量，为对应工况下轴承径向位置变化对径向间隙的影响量，为不同位置静子同心度对径向间隙的影响量，为对应工况下转、静子跳动对径向间隙的影响量；

若不同工况下的转静子最小热态间隙大于等于预设阈值，则判断转静子冷态径向间隙设计值满足设计要求，否则调整设计点热态径向控制间隙值，使不同况下最小热态间隙满足要求。

进一步地，对应工况下外环径向位移量，其中为温度、离心载荷对静子的径向位移影响量，为单位过载对静子的径向位移影响量，、均采用有限元计算得到，为经验修正系数，取值范围均为1～1.2。

进一步地，对应工况下内环径向位移量，其中为温度、离心载荷对转子的径向位移影响量，为单位过载对转子的径向位移影响量，为陀螺力矩对静子的径向位移影响量，、、均采用有限元计算得到，、为经验修正系数，、取值范围均为1～1.2。