基于时域分析法的汽轮机末级叶片颤振预测及分析.pdf

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1、振动与冲击第34卷第l1期JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCK基于时域分析法的汽轮机末级叶片颤振预测及分析姜伟，谢诞梅，陈畅，胡鹏飞，高尚(武汉大学动力与机械学院，武汉430072)摘要：利用基于流固耦合的时域分析法对某汽轮机末级叶片的颤振问题进行了数值模拟研究。通过对不同工况、不同相位差下叶片振动响应的计算，分析预测了颤振发生的临界流量以及叶片的振型；通过对叶片受力与位移的分析，获得了不同叶高处流体对叶片的做功，确定了叶片上气动不稳定区域。通过对气动不稳定区压力分布的分析，解释了叶片问相位差

2、影响颤振发作的机理。此外，研究还发现叶片受力与位移之间的相位差是影响叶片气动稳定性的重要因素。关键词：时域分析法；末级叶片；颤振；流固耦合；气动稳定性中图分类号：TH262文献标志码：ADOI：10．13465／j．cnki．jVS．2015．11．034Flutterpredictionandanalysisforasteamturbinelast-stagebladebasedontimedomainanalysismethodJIANGWei，XIEDan—mei，CHENChang，HUPe-feZ，

3、GAOShang(SchoolofPowerandMechanicalEngineering，WuhanUniversity，WuHan430072，China)Abstract：Anumericalsimulationstudywasperformedforasteamturbinelast—stagebladewiththetimedomainanalysismethodbasedonfluid-structureinteraction．Thecriticalflowtocauseflutterandth

4、evibrationmodalshapesofthebladewerepredictedbyanalyzingbladevibrationresponsesundervariousoperatingconditionsandinterbladephaseangles．Throughanalyzingloadanddisplacementoftheblade，theworkdonebyfluidonthebladewasobtainedandtheaerodynamicinstabilityregiononth

5、ebladewasdetermined．Themechanismofinterbladephaseangleafectingflutterwasillustratedthroughtheanalysisofpressuredistributionintheaerodynamicinstabilityregion．Thestudyalsofoundthatthephasedifferencebetweenloadanddisplacementofthebladeisakeyfactoraffectingitsa

6、erodynamicstability．Keywords：timedomainanalysismethod；last—stageblade(LSB)；flutter；fluid—structureinteraction；aerodynamicstability随着大功率汽轮机的发展，汽轮机级末叶片的展这种方法研究叶片颤振，但仅考虑气动阻尼；②基于弦比越来越大，其颤振问题变得越来越突出，特别对于流固耦合的时域分析法，文献[9—11]采用这种方法研那些不得不频繁在低负荷工况下运行的大型汽轮机来究叶片颤振时，同时考

7、虑了流体的气动阻尼和叶片的说，叶片颤振问题越来越受到技术人员的关注¨-3]。机械阻尼。时域分析的耦合方法有全耦合(直接耦合)目前，研究叶轮机械叶片颤振问题的方法主要有和离散耦合(间接耦合)两种。采用全耦合方法两大类，一是基于半经验的变形激盘法_4J，这种颤振时，流体和固体方程在一个统一的矩阵中求解，这种方预测的方法已被成功用于航空领域；二是数值方法，这法需要的假设条件少，更接近于实际过程，但是求解矩类方法中又可细分为两种，①能量法，其基本思路是阵的建立非常困难，并且计算量巨大。离散耦合法将根据叶片模态分析的结

8、果，针对特定的叶片振动频率、耦合系统分解成单独的子系统，用传统方法逐一求解振幅和振型，通过考察一个振动周期内流体对叶片做各子系统，在子系统之间传递压力和位移等耦合信功的大小来分析预测叶片的颤振，文献[6—8]采用了息，通过迭代使整个系统达到平衡。本文利用离散耦合的时域分析法，研究某600MW汽轮机末级叶片的基金项目：国家自然科学基金项目(51376140)颤振，预测其颤振边界并分析颤振的机理及主要影