具有干摩擦阻尼的汽轮机叶片振动分析

论文摘要

汽轮机叶片是汽轮机的关键零件,对于汽轮机的安全运行至关重要。叶片可能在因气流的周期性扰动力作用下发生异常振动,从而导致高周或低周疲劳失效。利用叶冠之间的干摩擦力产生的阻尼,是一种有效抑制叶片振动、降低叶片动应力的有效手段。因此研究叶冠干摩擦阻尼的减振机理十分必要。本文围绕汽轮机中带阻尼减振装置(此处指叶冠)叶片的固有振动特性及动力响应特性,开展了以下工作:(1)用有限元法计算了平行冠叶片的固有振动特性。计算了某汽轮机中压第一级和第十三级动叶片在不同载荷条件下的固有频率。在工作载荷下,这两种叶片的周向一弯固有频率分别为:1027.2Hz和199.66Hz,计算结果同实验结果非常接近。(2)计算了锯齿冠叶片的固有振动特性。利用ANSYS软件非线性接触的功能,计算了锯齿冠在不同转速下的接触应力和接触区域的变化。计算结果表明:在零转速和100%工作转速下的周向一弯固有频率分别为100.9Hz和139.7Hz,在35%工作转速附近叶冠之间开始发生接触,叶片可能在此转速以后呈现整圈振动特性。(3)建立了带冠叶片的干摩擦阻尼模型,将叶冠接触面之间的干摩擦力变换为等效刚度和等效阻尼。根据该模型进行了算例验证,本文计算结果同相关文献的计算结果对比表明:本文建立的干摩擦阻尼模型和计算方法是正确有效的。(4)计算了平行冠和锯齿冠叶片的谐响应特性。编制fortran程序和命令流文件,可用于自动构造接触区域的阻尼矩阵和刚度矩阵,并计算了考虑干摩擦阻尼作用下叶片动应力,与未考虑干摩擦阻尼的计算结果相比,动应力下降了约50%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 存在问题
• 1.4 本文研究内容
• 第二章 非线性振动的基本原理
• 2.1 引言
• 2.2 非线性振动现象
• 2.3 非线性振动的基本概念
• 2.3.1 非线性振动系统的定义和分类
• 2.3.2 非线性力
• 2.4 非线性振动的分析方法
• 2.4.1 定量方法
• 2.4.2 定性方法
• 2.4.3 运动稳定性
• 2.5 阻尼模型的分类与选择
• 2.5.1 阻尼类型
• 2.5.2 干摩擦阻尼模型
• 2.5.3 干摩擦阻尼模型的求解技术
• 2.6 有限元方法的基本理论
• 2.6.1 虚功原理、位移模型的有限元方程的导出
• 2.6.2 接触问题与广义变分原理
• 2.6.3 动力学问题的解法
• 2.7 小结
• 第三章 无干摩擦阻尼平行冠叶片的振动分析
• 3.1 叶片的有限元模型
• 3.2 单个叶片的模态、频率计算
• 3.3 不同载荷下叶片的模态、频率计算
• 3.4 叶片的动应力响应计算
• 3.5 小结
• 第四章 有干摩擦阻尼平行冠叶片的振动分析
• 4.1 预扭装配叶片的应力分析
• 4.2 工作状态下叶片模态、频率计算
• 4.3 干摩擦阻尼数学模型及算例
• 4.4 工作状态下叶片的动力响应计算
• 4.5 预扭量的拟合公式
• 4.6 小结
• 第五章 锯齿冠叶片的干摩擦阻尼减振分析
• 5.1 叶片的有限元模型
• 5.2 叶片的模态、频率计算
• 5.3 转速对叶片间接触状态的影响
• 5.4 叶片动应力的计算
• 5.5 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文