基于傅里葉級數的汽輪機葉根輪槽結構設計

李 明，張小娟，余德啟，舒?zhèn)チ郑?凱

(1.大連理工大學 工業(yè)裝備結構分析國家重點實驗室，大連 116024;2.上海汽輪機廠有限公司 上海電氣，上海 200240)

1 引 言

汽輪機作為重要的旋轉動力機械，廣泛應用于能源和運輸行業(yè)。隨著社會進步和技術發(fā)展，汽輪機面臨更加惡劣的工作環(huán)境和更高的工作性能要求，易在運行時發(fā)生失效和破壞，從而造成發(fā)電機組可靠性的喪失，產生重大經濟損失。葉根是汽輪機中將葉片受力傳遞至輪槽轉子的關鍵部件，其幾何尺寸一般較小。超高轉速產生的巨大離心力作用于葉根部位，會引起較高的應力水平和葉根的失效破壞，從而影響發(fā)電汽輪機的可靠性和經濟效益。通過選用高強度材料來提升葉根強度的空間有限，并會帶來成本的上升，通過優(yōu)化葉根結構以降低應力分布水平，提高疲勞壽命，具有重要的意義。

張明輝等[1-3]使用圓弧-直線法(圓弧曲線與直線結合)參數化建模表征樅樹型葉根與輪槽型線，以幾何參數為優(yōu)化變量，通過最小化峰值等效應力給出優(yōu)化構型。Song等[4]基于圓弧和直線參數化表征樅樹形葉根，以最小化輪槽峰值應力和最大化前緣面積為優(yōu)化目標。Rao等[5-7]使用圓弧表征葉根齒型，用直線表征葉根接觸面，以最小化峰值應力為目標函數，開展葉根型線形狀優(yōu)化。邢譽峰等[8]將樅樹型榫槽看作圓弧和直線的組合體，以半徑和定位尺寸等幾何特征參數為設計變量，考慮幾何連續(xù)和尺寸約束，以輪緣峰值應力最小化為優(yōu)化目標，達到了提高使用壽命和降低成本的目的。……