基于有限元分析的余热发电机机座结构优化设计

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我国为了应对世界能源形势和环境变化,一方面,鼓励新能源和可再生能源的发展;另一方面,大力推广新型节能技术,减少能源消耗,提高能源使用效率。水泥行业是耗能大户,具有很大的节能潜力,采用循环经济模式,提高水泥行业的能源利用效率,推广余热发电技术是一个非常重要、富有成效的手段。利用水泥生产过程中的废气余热建设余热发电装置,既可以回收余热,用以发电,又可减少废气、余热、粉尘对环境的污染。   能源装备是新能源开发研制和提高能源使用效率的基础和载体,是推动能源科技进步,构建安全、高效、清洁能源体系的关键,是促进能源行业可持续、健康发展的有效保障。余热发电机是余热回收利用系统的重要组成部分,本文对发电机机座进行了优化分析,确保发电机在平稳、可靠运转的情况下,有较小的结构尺寸和重量,以节约材料,同时改善机座的应力分布。   本文的主要工作和成果如下:   1、基于有限单元法的建模理论,根据图纸,对12MW的余热发电机机座建立了实体模型,通过对实体模型的结构简化,合理选择单元类型,建立了机座的有限元模型。   2、对机座的有限元模型进行了静强度分析和自由模态分析,发现原结构强度足够,机座固有频率远离发电机工作频率100HZ,不会产生共振,但是机座的最大应力远小于许用应力,存在着结构优化的可能。   3、运用遗传算法原理,设计方案个体优化参数编码、生成初始设计方案种群、进行基于Nastran的种群个体适应度计算,通过竞争最优保留、复制、交叉、变异等步骤,对机座的设计方案进行优化。   4、对机座的优化设计进行了校验,通过优化前后的静强度分析比较、自由模态分析比较和起吊应力分析比较得知:在发电机各项参数符合设计标准的条件下,优化后的机座应力分布得到了改善,机座的尺寸减小,大约可以节约12%的材料。从而验证了优化设计结构的准确性,也证明了本文研究方法的准确性。   因此,本论文为余热发电机机座的分析和自主设计提供了科学的依据,对优化余热发电机座的问题具有重要的理论意义和实际应用价值。为提高我国余热发电设备技术水平,降低余热回收利用成本,提高余热回收技术的市场竞争力,实现具有自主知识产权的国产化余热发电机组奠定坚实的基础。
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