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本发明公开了一种燃气轮机轮盘周向均布椭圆形拉杆孔设计方法,用于快速获得应力优化的椭圆孔拉杆孔结构,包括:1)基于燃气轮机轮盘预紧力和传扭要求,确定拉杆个数和直径;2)根据拉杆直径、拉杆个数和轮盘换热要求,初步确定拉杆孔直径和节圆直径;3)基于轮盘内和外径参数,建立带拉杆孔轮盘平面应力有限元分析模型;4)考虑拉杆孔节圆直径、拉杆孔周向和径向尺寸的不同参数,施加离心力载荷,计算拉杆孔应力分布,获得临界孔径弧长比;5)如果孔径弧长比小于临界值,采用椭圆形结构进行应力优化分析,获得拉杆孔优化结构;若孔径弧长比大于临界值,迭代拉杆节圆直径以满足此要求;6)采用实际轮盘3D模型,进行结构应力优化验证。

本发明提供的一种燃气轮机轮盘周向均布椭圆形拉杆孔设计方法，该方法基于平面应力分析，定量得到不同拉杆孔参数对应力的影响规律。该方法的优势在于：首先，相比传统二维轴对称模型，考虑非对称结构，能够实现不同拉杆孔参数的应力预测；其次，该方法相对三维实体模型，计算效率高且结果准确；最后，该方法提出的椭圆形拉杆孔结构能够有效减小应力集中，在满足传扭特性的前提下，本发明专利提供了一种拉杆孔应力优化设计方法。

燃气轮机广泛采用拉杆组合式转子结构，各级轮盘通过中心一根拉杆或周向均布的多个螺栓预紧连接。轮盘强度是组合式转子结构完整性的重要指标，主要载荷包括离心力、预紧力以及热应力。周向拉杆转子可以通过布置多根拉杆实现大预紧力，适合大功率重型燃气轮机，例如美国通用公司和日本三菱重工的重型燃气轮机均采用周向多拉杆转子。但拉杆孔结构设计需要考虑以下两个问题：首先，周向均布的拉杆孔破坏了轴对称结构，因此无法采用轴对称简化模型进行分析，需要建立三维模型而增加设计成本；其次，拉杆孔具有显著的应力集中，在离心力和预紧力综合作用下，应力状态复杂，例如：重型燃气轮机发生过多起因为轮盘拉杆孔裂纹引起的振动超标甚至机组事故。拉杆孔位置不仅影响轮盘应力，而且受拉杆直径、轮盘传扭指标等多方面因素限制。因此，拉杆孔设计对组合式转子轮盘强度分析具有重要意义。

在现有技术中，主要采用二维轴对称模型计算和三维实体模型校核方法。二维轴对称模型即忽略非对称结构(拉杆孔、冷却孔等)进行结构设计，主要评估平均应力是否满足要求，对于拉杆孔等非对称结构，需要采用三维有限元进行应力校核。现有分析方法中并未明确燃气轮机轮盘非对称结构的应力分析和结构设计标准。单独采用三维模型计算，耗时严重，对于产品设计或结构优化并不经济实用。

本发明在燃气轮机技术领域有着广泛地应用前景。

发明人：李浦 宋谭 袁奇 

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(A)本发明基于二维平面应力模型，可以快速、高效地得到优化后的拉杆孔结构参数和位置参数。

(B)本发明提出的一种椭圆形拉杆孔结构，能够有效减小拉杆孔应力集中，提高燃气轮机转子安全工作裕度。

(C)本发明提出了临界孔径弧长比，用于表征椭圆形拉杆孔应力变化趋势。

(D)采用本发明的椭圆形拉杆孔结构，转子整体应力和寿命将得到改善，针对某实际燃气轮机结构，采用椭圆形拉杆孔的应力可下降10％。

(E)本发明方案合理，结构简单，容易实现，能实现轮盘材料的充分利用。

为促进科学技术产业化的发展，希望能够充分利用对方广泛的市场资源优势和科研平台能力，实现技术研发与市场营运的直接联盟。为使新技术尽快转化为生产力，希望实行技术合作开发联营生产和产值提成的方式紧密合作。希望合作方能够负责组建生产公司及工商、税务经营手续和必要的启动资金；在双方合作期间，我方对该产品不断创新和改进。

企业实施科技成果转移转化，采取以下方式并达到相应的目的：

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二是开发新的工艺，以提质、降本、降耗、增能、增效；

三是完善管理，优化流程，以强化对企业生产经营的控制力；

四是进入新的市场，以扩大市场规模；

五是培育新的能力，以取得新的优势；

六是完善经营管理的体制机制，以提高效益。

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