100kW微型燃机涡轮叶轮强度及振动分析

论文摘要

微型燃气轮机发电系统具有高供电密度及快速供电特性,因而其在军事与应急供电方面极具潜力,得到了有关部门的高度重视。然而,由于其高速与高温运转特性,极易出现涡轮叶轮强度不足或振动过大等问题。因此,研究涡轮叶轮强度及叶片固有振动特性以排除叶片故障,提高可靠性,一直是燃气轮机设计、生产和使用中十分关注的具有重要理论意义和工程应用价值的问题。本论文针对高转速环境下100kW微型燃机涡轮叶轮,应用有限元分析方法,进行了涡轮叶轮的强度优化设计及振动特性分析。首先对叶轮最初的设计方案进行了计算,在原设计方案结构不能满足强度要求的情况下,改进了叶轮结构设计方案,使改进后的结构满足了强度要求;进而计算了改进后的叶轮在离心力和温度梯度载荷作用下的应力,结果表明在离心力和温度梯度载荷作用下的叶轮仍能满足强度要求;为了探索高效计算方法,又用循环对称应力分析方法进行了试算,验证了对于具有循环对称结构实体,可用循环对称应力分析方法来代替整体模型进行计算的结论。对涡轮进行的振动特性分析表明,振动安全裕量能够满足要求。试验结果表明,计算结果与试验结果是吻合的,说明论文对涡轮叶轮的强度及振动分析所采取的研究方法是可信的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 项目研究的背景和意义
• 1.2 国内外发展现状
• 1.3 主要研究内容
• 第2章 研究分析方法
• 2.1 分析方法的确定
• 2.2 ANSYS软件概述
• 2.3 本章小结
• 第3章 涡轮叶轮的结构强度分析
• 3.1 涡轮的结构特点
• 3.2 涡轮结构设计
• 3.3 涡轮应力计算和分析
• 3.3.1 涡轮叶轮的材料及特性
• 3.3.2 叶轮实体模型的建立
• 3.3.3 单元选择及有限元模型的建立
• 3.3.4 载荷情况和边界条件
• 3.3.5 计算结果
• 3.3.6 涡轮叶轮的改进设计
• 3.3.7 叶轮热应力耦合分析
• 3.3.8 叶轮的循环对称结构分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 涡轮叶轮的振动特性分析
• 4.1 涡轮叶片的振动与激振
• 4.2 叶轮振动分析的理论依据
• 4.3 振动分析的方法
• 4.4 振动分析结果
• 4.5 本章小结
• 第5章 叶轮超速试验及整机试验
• 5.1 叶轮的超速试验
• 5.2 整机试验
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 个人简历