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博碩士論文 etd-0701105-125803 詳細資訊
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論文名稱
Title
微氣渦輪機結構強度與動態特性之研究
A Study on the Blade Strength and the Dynamic Characteristics of Microturbines
系所名稱
Department
畢業學年期
Year, semester
語文別
Language
學位類別
Degree
頁數
Number of pages
126
研究生
Author
指導教授
Advisor
召集委員
Convenor
口試委員
Advisory Committee
口試日期
Date of Exam
2005-06-23
繳交日期
Date of Submission
2005-07-01
關鍵字
Keywords
葉輪應力解析、微氣渦輪發電系統
stress distribution, microturbine
統計
Statistics
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中文摘要
高速微或超微渦輪發電系統(Mini or Micro-Turbo Electrical Power System;文中簡稱MTEPS)由於高供電密度與快速供電特性,使其在軍事與緊急供電設備方面極具發展潛力。近年來更因微氣渦輪發電設計技術之進步與效率、可靠度之提昇,使微氣渦輪發電系統已漸成為頗具穩定之電力供應源。但也由於其高速與高溫運轉特性,往往使渦輪、轉子與葉片在高速運作時,因扭矩之瞬間上升,除易衍生系統殘振外,更可能造成葉片強度不足及材料快速潛變等問題。本文針對渦輪葉片組在超高轉速運作時,因離心力導致葉輪之應力與變形分佈,及高溫燃燒對渦輪組之強度影響進行分析,並對不同材料、轉速及高溫渦輪燃燒溫度運轉條件進行數值模擬與討論。
文中之微氣渦輪組強度分析主要使用Marc有限元素套裝軟體,配合材料參數隨溫度變化之特性,進行渦輪葉片系統之應力解析;分析主要採用Marc程式內建之熱-彈-潛耦合模式。本研究除建立參與研發人員在高速微氣渦輪機設計分析能力外,相關分析結果亦可提供國內開發高速微氣渦輪發電系統中關鍵組件—渦輪組設計時之參考。
Abstract
The high speed mini or micro-turbo electrical power system(MTEPS)has been used widely as an important spare power source in different military purposes and all kinds of emergency facilities. The interaction between the centrifugal and pressure load on turbo blades of a high speed MTEPS system is investigated in this project. The effect of temperature on the strength variation of the turbo blades will be investigated by employing the thermal-mechanical- creep coupling model provided in the MARC finite element method package. The stress distribution of the compressor, turbine, rotor and blades are calculated. The combined effect of temperature, pressure and rotation speed on the stress and deformation of compressor and turbine blades was also evaluated and compared in this project.
目次 Table of Contents
目錄
圖目錄
表目錄
符號說明
摘要
Abstract
第一章 緒論
1-1 前言
1-1-1 簡介
1-1-2 研究動機與方法
1-2 微氣渦輪機的原理介紹
1-3 文獻回顧
1-4 組織與章節
第二章 基礎理論與公式
2-1 葉輪材料潛變(Creep)效應 [13]
2-1-1 溫度和應力對潛變的影響
2-1-2 晶體結構對潛變的影響
2-1-3 多晶質材料的微結構對潛變的影響
2-1-4 非晶質材料的潛變
2-1-5 組成、理想配比和環境對潛變的影響
2-1-6 潛變的測定
2-2 增壓輪葉片計算公式
2-3 氣動軸承間隙與剛度之推導 [19]
2-3-1 氣動軸承的優點與應用
2-3-2 氣動軸承的缺點
2-3-3 靜壓徑向氣動軸承間隙與剛度計算
第三章 有限元素的建構與分析模式
3-1 有限元素的建構
3-2 邊界條件的設定
3-2-1 高轉速渦輪穩態分析(Steady State Analysis)
3-2-2 高溫葉輪潛變分析(Creep Analysis)
3-2-3 自然頻率分析(Natural Frequency Analysis)
3-3 葉輪材料的選用
第四章 結果分析與參數設計
4-1 高轉速渦輪穩態分析
4-1-1 渦輪轉速對葉片強度之影響
4-1-2 燃燒溫度對葉片強度之影響
4-2 高溫葉輪潛變分析
4-3 自然頻率分析
第五章 分析與討論
第六章 結論
6-1 結論
6-2 未來展望
參考文獻
參考文獻 References
[1]Capstone Turbine Corporation, The Capstone C30 microturbine system is a compact, very- low-emission generator, Product datasheet
[2]Capstone Turbine Corporation, Declaring independence from grid power uncertainties, Case study
[3]豐鎮平,微型燃氣輪機技術進展及應用展望,中國能源網,2002
[4]Capstone Turbine Corporation, The Capstone C60 microturbine
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