【摘要】本文对大型汽轮发电机的汽端联轴器整体装配进行了非线性有限元分析，针对其不同的计算工况，对热套圆键连接结构的联轴器进行刚强度的分析计算。经过计算，通过对计算结果的分析和评判，保证机组能够满足正常运行工况、过速工况以及短路工况的强度要求，同时联轴器位置的变形也不能超过使用要求。
　　【关键词】刚强度；过盈；有限元
　　1、模型描述
　　汽轮发电机组的汽端联轴器位于汽轮机和发电机之间，传递两者之间的扭矩。联轴器采用常用的热套形式，同时采用圆键帮助传递扭矩。针对联轴器的有限元计算，应该注意以下问题：1）静止状态时，由于联轴器和转轴的热套紧量作用，联轴器存在一定的拉应力，此时联轴器必须保有一定的强度安全系数。2）额定工况时，联轴器受到汽轮发电机转子的转速离心力的载荷，同时，联轴器负责传递汽轮机产生的扭矩，此时的联轴器受到复杂的载荷。3）短路工况下，联轴器位置受到发电机的短路扭矩作用，圆键帮助一起承担扭矩，此时要求机组联轴器各个位置保证满足强度要求。
　　2、材料力学基本原理
　　3、有限元计算结果
　　针对联轴器的结构形式，建立其三维实体模型，并在hypermesh中进行有限元模型，根据结构对称性，建立整体模型的六分之一模型即可。模型环向边界施加周期耦合约束，在轴的端面，施加环向和轴向约束。同时在螺栓孔位置以轴承载荷形式模拟扭矩。有限元模型中包括联轴器、发电机轴和圆键，三者之间建立接触行为，来模仿各个工况的载荷形式。将单元网格、边界条件、载荷形式、接触设置等有限元简化导入非线性有限元软件abaqus中，进行各个状态的力学分析。
　　3.1静止工况
　　静止工况时，考虑汽端联轴器和转轴之间的最大过盈紧量，同时考虑到圆键在设计中的与键孔之间的接触紧量情况。计算得到如下计算结果：
　　静止工况下，在热套紧量作用下，联轴器内受到环向拉应力，联轴器圆键孔位置属于结构不连续位置，存在一定形式的应力集中，孔底的环向应力最大，为335.1MPa，为拉应力形式存在。
　　3.2额定运行工况
　　额定运行工况时，考虑机组转速和汽轮发电机与汽轮机之间传递的扭矩载荷。计算得到以下结果（图3-3）：
　　额定运行工况下，由于转轴扭矩作用，联轴器位置发生环向扭转变形。从计算结果上分析，圆键孔两侧的环向应力形式一直，因此可以任务在该情况下，联轴器的圆键并未起到辅助热套紧量传递扭矩的作用，扭矩完全依靠联轴器和转轴之间的热套紧量传递。此时汽端联轴器最大环向应力为413.4MPa，位于圆键孔底部，应力形式为拉应力。
　　3.3短路工况下
　　发电机发生短路时，在联轴器位置上产生巨大的扭矩，通过轴系扭振分析得到在联轴器位置的扭矩，同时考虑机组的正常转速。计算得到以下结果（图3-4）：
　　发电机发生短路工况下，联轴器位置环向扭转变形更为明显，从计算结果上看，在该情况下，联轴器的热套结构已经承受不住机组巨大的扭矩，因此联轴器与转子表面产生的圆键并未起到辅助热套紧量传递扭矩的作用，扭矩完全依靠热套结构传递。此时汽端联轴器最大综合应力为393.9MPa。
　　4、结论
　　通过对该发电机汽端联轴器的静强度计算分析结果表明：在各种工况下，该联轴器各个部分均满足强度要求；各正常工况下，联轴器的热套紧量满足要求。
　　通过计算发现，在最危险的短路工况，尽管热套紧量不足以完全传递扭矩，此时，圆键开始起作用，可以通过挤压形式来传递扭矩，而且圆键也具有足够的强度保证安全系数，因此在短路工况时，联轴器不会产生断裂和传递扭矩失效，能够使汽轮机和发电机之间保持完整的连接，就仍然可以保证机组的安全。