[发明专利]轮盘间平面接触的燃气轮机拉杆转子预紧力设计校核方法

权利要求书

1.轮盘间平面接触的燃气轮机拉杆转子预紧力设计校核方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)采用有限元方法计算燃气轮机在静态轴承支承时其重力弯矩沿轴向的分布：在两端轴承处刚支，添加重力载荷，提取轮盘之间接触面上的支反弯矩，作出重力弯矩沿转子轴线的变化曲线，找出燃气轮机的转子所受的最大重力弯矩M_b及其位置，同时确定燃气轮机运行时传递的扭矩M_t，其中，燃气轮机运行时传递的扭矩M_t为燃气轮机的额定扭矩；

2)计算转子受重力弯矩最大的轮盘接触界面的截面参数，该截面参数包括截面对直径的轴惯性矩I_d、截面极惯性矩I_p以及截面面积A；

3)计算转子受重力弯矩最大接触界面处重力产生的最大脱开应力σ和拉杆预紧力F产生的压应力P_a，燃气轮机拉杆转子通过拉杆螺栓将轮盘和轴头预紧组合在一起，轮盘之间的通过鼓环状结构连接，接触平面一般为圆环面，圆截面的最大脱开应力σ和压应力P_a公式如下：

σ＝M_bR_out/I_d (1)

式中：R_out为接触面外半径；

P_a＝F/A (2)

定义弯曲无量纲系数为γ_b，其公式如下：

γ_b＝σ/P_a (3)

其物理意义为重力产生的最大脱开应力与拉杆预紧力产生的压应力的比值；

确定弯曲无量纲系数的数值，对于实际的燃气轮机拉杆转子，设置拉杆预紧力F，使弯曲无量纲系数小于1.0；当弯曲无量纲系数小于1.0时，轮盘之间接触面接触良好；当弯曲无量纲系数大于等于1.0时，轮盘之间接触面开始发生 脱离；

4)计算转子受重力弯矩最大接触界面上扭矩产生的最大切应力τ_t和预紧力F作用下最大静摩擦力产生的切应力τ_f，燃气轮机轮机轮盘之间的环形接触平面的两个切应力公式如下：

τ_t＝M_tR_out/I_p (4)

τ_f＝μF/A (5)

式中：μ为静摩擦系数；

定义扭转无量纲系数为γ_t：γ_t＝τ_t/τ_f (6)

其物理意义为扭矩产生的最大切应力与拉杆预紧力作用下最大静摩擦力产生的切应力的比值；

最后，根据步骤3)所得的拉杆预紧力F，校核扭转无量纲系数γ_t的数值，调整拉杆预紧力F，确保弯曲无量纲系数和扭转无量纲系数均小于1.0；

当弯曲和扭转无量纲系数均小于1.0时，燃气轮机拉杆转子预紧力能够确保轮盘之间接触面不脱开；

燃气轮机转子在运行时实际工况不同于理想工况，在多种工作载荷作用下，拉杆预紧力太小时转子将不能正常连接和运转，预紧力太大时拉杆螺栓和其他部件的强度安全储备将降低，弯曲无量纲系数取0.1。

2.根据权利要求1所述的轮盘间平面接触的燃气轮机拉杆转子预紧力设计校核方法，其特征在于，步骤4中)，当扭转无量纲系数小于1.0时，轮盘之间接触面接触良好；当扭转无量纲系数大于等于1.0时，轮盘之间接触面开始发生滑移。