某重型燃機(jī)鑄造對(duì)開機(jī)匣支撐與底座

1、 某重型燃機(jī)鑄造對(duì)開機(jī)匣支撐與底座 中國航發(fā)燃?xì)廨啓C(jī)有限公司，遼寧省沈陽市，110043摘要 某重型燃機(jī)的支撐與底座是非常復(fù)雜的構(gòu)件，由多種零件組成，通過兩個(gè)前支撐及兩個(gè)浮動(dòng)后支撐安裝重型燃機(jī)。本文對(duì)該設(shè)備的材料選取、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)做了應(yīng)有的闡述，并利用i-deas程序?qū)χ匦腿紮C(jī)支撐與底座進(jìn)行建模，ansys程序?qū)Φ鬃M(jìn)行了網(wǎng)格劃分及計(jì)算分析。關(guān)鍵詞 燃機(jī)支撐與底座 載荷 膨脹量1 引言某重型燃機(jī)底座是重要的承力件，通過前后支撐來聯(lián)接燃機(jī)本體，承擔(dān)燃機(jī)的靜載和各種動(dòng)載，因此支撐與底座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算至關(guān)重要。本文是針對(duì)首臺(tái)某重型燃機(jī)鑄造對(duì)開機(jī)匣支撐與底座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹，并進(jìn)行了強(qiáng)度分析計(jì)算。

2、強(qiáng)度分析與計(jì)算運(yùn)用了i-deas程序?qū)χ匦腿紮C(jī)支撐與底座進(jìn)行建模，用有限元軟件ansys程序?qū)Φ鬃M(jìn)行了網(wǎng)格劃分及計(jì)算分析并進(jìn)行后處理，對(duì)支撐與底座在安裝狀態(tài)、工作狀態(tài)、地震狀態(tài)、葉片飛失等狀態(tài)采用二維軸對(duì)稱法進(jìn)行了強(qiáng)度及變形計(jì)算及分析，對(duì)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及改進(jìn)提供強(qiáng)度依據(jù)。2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)輸入：燃機(jī)氣缸總長（mm） 5841.5燃機(jī)最大直徑（mm） 4147兩主支撐距氣缸前端面距離（mm） 415主支撐軸頭軸線距水平對(duì)開面距離（mm） 360兩主支撐跨距（mm） 2420燃機(jī)的主、輔支撐間距（mm） 4240.5輔助支撐軸頭端面距燃機(jī)中心線距離（mm） 1690輔助支撐軸頭軸線距水平對(duì)開

3、面距離（mm） 550輔助支撐軸頭直徑（mm） 80導(dǎo)鍵端面距燃機(jī)中心距離（mm） 1662.5燃機(jī)總重（t） 832.2 結(jié)構(gòu)介紹2.2.1 h型鋼的選取首臺(tái)整體機(jī)匣燃機(jī)重量為55t,，底座選用的型鋼為h5883001220（mm），材料為q235，經(jīng)廠內(nèi)試車檢驗(yàn)，強(qiáng)度可靠。本次重新設(shè)計(jì)是針對(duì)首臺(tái)鑄造對(duì)開機(jī)匣燃機(jī)，重量為83t，是整體機(jī)匣1.5倍。類比整體機(jī)匣底座初選h4284072035（mm），材料仍為q235，計(jì)算兩種規(guī)格的型鋼慣性矩和抗彎截面系數(shù)并取其比值后，發(fā)現(xiàn)各項(xiàng)性能均大于兩種機(jī)匣燃機(jī)重量的比值1.509(83/55=1.509)。2.2.2 輔助支撐結(jié)構(gòu)及材料選取輔助支撐在燃機(jī)

4、的熱端，要求材料在高溫區(qū)有良好的性能。首臺(tái)整體機(jī)匣輔助支撐的結(jié)構(gòu)為軸向、徑向彈性板結(jié)構(gòu)，彈性板材料為tc6，由于安裝預(yù)緊困難（軸向需要10mm預(yù)緊量），在類比了9e與9f機(jī)組支撐形式的情況下，采用了鉸接的結(jié)構(gòu)。材料初選為20crmo。對(duì)比兩種材料在420時(shí)的屈服強(qiáng)度和最大抗拉強(qiáng)度，可知鉸接連桿材料的高溫強(qiáng)度指標(biāo)高于原彈性板。2.2.3 主支撐結(jié)構(gòu)及材料選取首臺(tái)主支撐采取的是與機(jī)匣安裝邊直接把合的扇形輻板結(jié)構(gòu)，材料為20crmo，對(duì)開機(jī)匣結(jié)構(gòu)改變了主支撐的方式，為兩個(gè)主支撐承力銷（軸）承載的結(jié)構(gòu)，主支撐最大承力工況為地震狀態(tài)，為130t的軸向力、46t的垂向力和27t的側(cè)向力，所以此次設(shè)計(jì)采用了

5、三個(gè)方向長立板的結(jié)構(gòu)。由于設(shè)計(jì)時(shí)在結(jié)構(gòu)上考慮了一定的強(qiáng)度余量，前支撐材料選用16mn。經(jīng)對(duì)比兩種材料的性能參數(shù)可知，對(duì)開機(jī)匣燃機(jī)主支撐材料的屈服強(qiáng)度為原整體機(jī)匣材料的53%，要求設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)上重點(diǎn)考慮增大強(qiáng)度。3. 強(qiáng)度、變形量計(jì)算3.1 材料數(shù)據(jù)表4構(gòu)件名稱材料e（gpa）g(gpa)0.2(mpa)b(mpa)底座q235常溫21282.83034544201840.3263395后支撐/定位器20crmo常溫21082.26858854201820.3595769前支撐16mn常溫213361586420183311.6505.83.2 計(jì)算方法及軟件利用i-deas程序?qū)χ匦腿紮C(jī)支撐與底

6、座進(jìn)行建模，用有限元軟件ansys程序?qū)Φ鬃M(jìn)行了網(wǎng)格劃分及計(jì)算分析并進(jìn)行后處理。3.2.1 計(jì)算模型由于結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，取支撐與底座的一半建立有限元模型。3.2.2 邊界條件約束重型燃機(jī)支撐底座與地腳螺栓聯(lián)接底板底面上節(jié)點(diǎn)軸向及垂向的位移，并約束對(duì)稱邊界上節(jié)點(diǎn)的側(cè)向位移。3.2.3 載荷重型燃機(jī)支撐與底座在安裝及工作狀態(tài)下的載荷與膨脹量要求:前支撐在安裝狀態(tài)下的載荷：垂向力35690kg前支撐在工作狀態(tài)下的載荷：軸向力83000 kg，垂向力35690 kg后支撐在安裝狀態(tài)下的載荷：垂向力47310 kg，軸向膨脹量-10mm后支撐在工作狀態(tài)下的載荷：垂向力47310 kg，軸向膨脹量7 mm

7、，徑向膨脹量6.5 mm注：軸向力向后為正，垂向力向下為正，軸向膨脹量向后為正，徑向向外膨脹為正。4. 計(jì)算結(jié)果及分析4.1 安裝狀態(tài)計(jì)算結(jié)果4.1.1 安裝狀態(tài)應(yīng)力計(jì)算結(jié)果在安裝狀態(tài)下，重型燃機(jī)支撐與底座的最大應(yīng)力為218mpa，位于后支撐上。4.1.2 安裝狀態(tài)位移計(jì)算結(jié)果在安裝狀態(tài)下，重型燃機(jī)支撐與底座的最大變形為10.775mm，位于后支撐上。4.2 工作狀態(tài)計(jì)算結(jié)果4.2.1 工作狀態(tài)下應(yīng)力計(jì)算結(jié)果在工作狀態(tài)下，重型燃機(jī)支撐底座的最大應(yīng)力為169 mpa，位于后支撐上。4.2.2工作狀態(tài)下位移計(jì)算結(jié)果在工作狀態(tài)下，重型燃機(jī)支撐底座的最大變形為8.365mm，位于后支撐上。4.3 安裝

8、及工作狀態(tài)應(yīng)力分析由應(yīng)力計(jì)算結(jié)果可得重型燃機(jī)支撐與底座對(duì)應(yīng)各基本狀態(tài)下的安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果，計(jì)算結(jié)果顯示：安裝狀態(tài)下的后支撐屈服強(qiáng)度安全系數(shù)和工作狀態(tài)下的底座屈服強(qiáng)度安全系數(shù)最小，分別為3.1和2.3。可以看出，支撐底座各構(gòu)件滿足應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定n0.21.0和nb1.5的要求。5. 支撐與底座承受非正常載荷上述計(jì)算是針對(duì)基本工作狀態(tài)進(jìn)行的，燃機(jī)支撐底座的設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮地震、葉片飛失等極限載荷狀態(tài)。根據(jù)烏克蘭的有關(guān)資料介紹，燃機(jī)支撐底座按msk7級(jí)地震設(shè)計(jì)，地震引起的過載系數(shù)垂向?yàn)?.3g，其中垂向載荷的43%由前支撐承受，57%由后支撐承受；軸向?yàn)?.57g，軸向載荷主要由前支撐承受；側(cè)向?yàn)?.76

9、g，側(cè)向載荷主要由前支撐及定位器承受。另外，當(dāng)一個(gè)渦輪動(dòng)葉片斷裂時(shí)，根據(jù)計(jì)算確定的動(dòng)力放大系數(shù)為1.6，渦輪動(dòng)葉片斷裂產(chǎn)生的載荷為115200kg，水平方向的載荷由定位器承受，垂直方向的載荷由后支撐承受。6. 非正常載荷下計(jì)算結(jié)果及分析6.1 地震狀態(tài)計(jì)算結(jié)果6.1.1 地震狀態(tài)下應(yīng)力計(jì)算結(jié)果地震狀態(tài)下重型燃機(jī)支撐與底座的最大應(yīng)力為226mpa，位于底座上。6.1.2 地震狀態(tài)下位移計(jì)算結(jié)果在地震狀態(tài)下，重型燃機(jī)支撐與底座的最大變形為8.37mm，位于后支撐上。6.2 葉片飛失狀態(tài)計(jì)算結(jié)果及分析葉片飛失時(shí)產(chǎn)生的水平方向載荷由定位器承受，垂直方向載荷由后支撐承受。承受水平方向載荷時(shí)最大應(yīng)力為264mpa，位于定位器處；承受垂直方向載荷時(shí)最大應(yīng)力為169mpa，位于后支撐處。變形與工作狀態(tài)下相當(dāng)。7. 失穩(wěn)分析由于后支撐是薄壁件，承受較大垂向壓力載荷，需對(duì)其進(jìn)行失穩(wěn)分析。分析結(jié)果顯示該結(jié)構(gòu)的后支撐最大可承受1560kn壓力才會(huì)失穩(wěn)，所以該結(jié)構(gòu)可以使用。8. 結(jié)論經(jīng)過以上驗(yàn)