某型涡轮盘%2f叶片%2f轴的耦合振动分析

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1、万方数据．8．国豳脚圃—圆圈口囝豳珥文章编号：1002—6886(2008)02—0008—04某型涡轮盘／叶片／轴的耦合振动分析吴佳。陈伟(南京航空航天大学能源与动力学院。江苏南京210016)摘要：某型涡轮彰叶片／轴的耦合振动分析为某型涡轮结构设计的一个重要工作内容。本文首先采用UG软件对某型涡轮盘／叶片以及某型涡轮盘／叶片／轴进行三维实体建模，导入ANSYS软件建立了其耦合振动分析的有限元模型，并分别对其进行了静频与动频的计算与分析。计算结果表明：在工作转速范围内，该型涡轮盘／叶片／轴不存在危险振动。本文的工作为某型涡轮转子的设计提供计算分析依据

2、。关键词：盘片盘片轴耦合振动振动分析VibrationAnalysisofShaR／Bladed／DiskinaTypicalTurbineW1JJia．CHENWeiAbstract：Vibrationanalysisofshaft／bladed／diskisallimportantpartofdesigningaturbinesystem．FirstlyMakethe3Dsolidmodelingofbladed／diskandshaft／blade／diskbyusingUGsoftware，thencalculatecouplingvibrat

3、ionofthetwomodelbytheANSYSsoftware，atlastcompareandanalysistheresults．Theresultsindicatethatthedesignofshaft／bladed／diskissafe．Thispaperimprovesthatthedesignoftypicalturbineisreliability．Keywords：bladed／disk；shaft／bladed／disk；coupledvibration；vibrationanalysis0引言在早期的涡轮设计中，涡轮转子振动

4、分析往往忽略涡轮盘和涡轮轴的弹性，只考虑叶片的自身的振动。由于涡轮工作条件极为复杂，涡轮盘、涡轮轴和叶片的耦合振动分析的重要性越来越突出⋯。在工程实际中，一旦出现耦合共振，将会引起非常严重的后果。因此，在设计分析时需要更加关注涡轮盘。参阅以往资料，已经有较多文章对涡轮盘片的耦合振动做过分析旧．5】。本文针对某型涡轮转子的涡轮盘／叶片(简称盘片)、涡轮叶片／轮盘／轴(简称盘片轴)的耦合振动进行了对比分析。本文首先采用UG(unigraphic)软件对某型涡轮盘／叶片以及涡轮盘／叶片／轴这两种情况进行了三维实体建模[6]，然后分别将其实体模型导人ANSYS

5、软件¨芦1，建立其耦合振动分析模型并分别对其进行静频与动频计算‘91。根据振频、振型的计算结果，结合对涡轮转子叶片的振源分析，绘出了Campbell图。1实体模型1．1三维实体建模首先通过UG软件对某型涡轮盘片进行三维实体建模，在建模过程中需对模型进行一些必要的简化。实际结构的涡轮盘与叶片是采用燕尾型榫头榫槽进行联接的，但如果采用实际结构进行有限元分析会使计算非常复杂，因此需在不影响计算结果的情况下对结构进行简化。本文需要计算的是盘片的振动特性，所以简化的原则是不能改变结构的振动特性、刚度特性以及其他不影响计算的结构特性。按简化原则将模型简化为：忽略涡

6、轮盘和叶片的榫头榫槽连接关系而把涡轮盘和叶片建成一个整体，并忽略一些细小的结构，如螺栓孔和封严蓖齿等。同理也通过UG对盘片轴进行三维实体建模，在建模过程中也需对结构进行必要的简化。依据如上所述简化原则进行了模型简化，即：忽略涡轮盘和叶片的榫头榫槽连接关系以及涡轮盘与涡轮轴的连接关系而把涡轮盘／叶片／轴建成一个整体，并同样忽略如螺栓孔和封严蓖齿等的一些细小结构。1．2有限元模型三维模型建立后将其导人ANSYS建模后进行有限元分析。某型涡轮盘／片／轴采用的材料为铝合金LYl6(硬铝合金，组成材料为Ai／Cu／Mg)，其常温下的弹性模量E=69GPa、泊松比

7、=0．31、密度p=2700kg／m3。该型涡轮工作环境为常温，由计算可知气动载荷以及装配应力对涡轮影片／轴的影响较小(仅为1．03％)，所以在计算时仅考虑离心载荷对某型涡轮盘／片／轴的影响。本文采用对盘片的整体进行网格划分方法。选取舳1．idl85单元对其进行四面体自由分网，共划分32548个单元、69275个节点。在工程实际中某型涡轮盘片是与涡轮轴之间的配合来约束的，因此我们选取的边界条件为约束涡轮盘片与轴连接面处的轴向、周向、径向位移。具体有作者简介：昊佳(198l一)，女，湖北荆州人，南京航空航天大学能源与动力学院硕士研究生，研究方向：发动机结

8、构、强度、振动与疲劳寿命的研究。收稿日期：2007一10—30万方数据GRAY限元模型如图l所