刚培显

摘 要：针对汽轮机转子吊梁经验设计周期长、材料利用率低、安全裕度大、低应力区较多等问题，本研究使用Solidworks建立数字模型，在ANSYA环境下进行静力分析及拓扑优化设计，以质量减少百分比为目标函数，进行ANSYS迭代计算优化，通过对比优化前、后的结构应力、应变及变形，为汽轮机转子吊梁的截面选择和轻量化设计提供有效指导。

关键词：转子;双H截面;拓扑优化;有限元;轻量化

中图分类号：TH213文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）02-0012-03

Abstract：In view of the long experience design period， low material utilization rate， large safety margin and many low stress areas of the turbine rotor lifting beam， Solidworks was used to establish a digital model in this study， static analysis and topology optimization design were carried out under the environment of ANSYA， taking the mass reduction percentage as the objective function， ANSYS iterative calculation optimization was carried out， andthe structural stress， strain， and deformation before and after optimization were compared， which provided guidance for the section selection and lightweight design of turbine rotor lifting beam.

Keywords： rotor;double H-section;topology optimization;finite element;lightweight

汽輪机是现代火力发电厂的主要设备，其稳定高效的运行对国民经济发展和环境改善具有十分重要的意义。汽轮机转子是汽轮机最为精密的核心部件之一，主要由主轴、叶轮和动叶等部分组成[1]，在机组通流内部的高温蒸汽中高速旋转运行，承受高强应力并给发电机转子传递扭矩。转子设计要求具有很高的强度、刚度和动静平衡度，所有表面均由精加工而成，在搬运吊装、运输存放、安装检修等各过程环节中要保证绝对的安全可靠，任何的划伤磕碰、外力撞击或不恰当的吊运都有可能造成不可接受的质量缺陷，造成高昂的返修费用，甚至是转子报废或工期延误，给企业带来严重的经济损失[2-3]。

1 现状调查分析

汽轮机转子件大体重，尺寸精准，配合严密，其轴向跨度大，圆周密集分布高精度叶片，没有专设吊装点，主要靠两端轴颈部位作临时吊点进行保护性起吊。在汽轮机组安装、检修过程中，需要频繁地进行转子吊装，使其转移存置、调整就位，这就对转子吊具的强度、刚度及安全度提出了严格的要求，以保证转子在吊装过程中安全可靠，万无一失。……