重型燃气轮机压气机叶片可靠性分析

《重型燃气轮机压气机叶片可靠性分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、国内图书分类号：U674.7+0学校代码：10213国际图书分类号：629密级：公开工学硕士学位论文重型燃气轮机压气机叶片可靠性分析硕士研究生：孙勇导师：刘占生教授申请学位：工学硕士学科：动力机械及工程所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:U674.7+0U.D.C:629DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRELIABILITYANALYSISOFHEAVY-DUTYGASTURBINECOMPRESSORBLADECandidate：SunY

2、ongSupervisor：Prof.LiuZhanshengAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：PowerMachineryandEngineeringAffiliation：SchoolofEnergyScienceandEngineeringDateofDefence：June，2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要20世纪60年代起，军用舰船动力系统开始燃机化。燃气轮机也

3、以良好的经济性被逐渐使用在各种发电装置中。航空领域的动力系统更是燃气轮机的天下。长期以来，燃气轮机的设计、加工制造及检测等关键技术一直被西方发达国家垄断，我国对燃气轮机的研究起步较晚，技术基础薄弱。在燃气轮机动力系统中，在空气进入涡轮膨胀做工前，压气机将空气进行预压缩，提高气体的总压（即滞止压力），以便之后空气与燃料的混合、燃烧，进一步变成高压、高温的燃气。对压气机的要求是尺寸小、质量小、增压比大、效率高，这就意味着压气机的迎风面积小，级数要少。而且，在这个要求下，工作轮叶栅通道内往往会出现激波，叶背位置的气流也往往会出现失速分离的现象。因此，压气机叶片工作环境比较恶

4、劣，设计难度较大，是压气机中的核心功能部件。为保证燃气轮机压气机工作的安全、高效，确保压气机叶片等关键器件的工作能力是十分必要的。本文以压气机第三级动叶叶片为研究对象，首先进行基于梁单元的压气机动叶叶片建模。根据叶片的三维实体模型，提取叶型形状，获得叶型的几何参数（面积、型心、惯性矩、主惯性轴等）及截面系数，并采用弹性力学的位移解法和应力解法考虑了叶片的扭转问题。基于弹性力学的相关理论，给出叶片的平衡方程、几何方程以及物理方程及其边界条件。其次，根据建立的压气机动叶叶片模型，确定弹性模量、剪切弹性模量、密度、安装值及叶高为可变参数，每次变化100组数据，对叶片叶身强度

5、进行了计算。通过计算各叶身截面处离心力、离心弯矩，气动力、气动弯矩，最终得到沿叶片高度方向14个截面进汽出汽叶背三处位置的总应力。基于能量法求得单个叶片A0型振动频率。根据达朗贝尔原理，将频率问题转化为解特征值问题，采用梁单元进行了叶片的振动计算，获得叶片的前6阶动频。并计算了叶片材料的疲劳极限强度。再次，基于Monte-Carlo法进行了叶片强度、振动和疲劳可靠性计算，并与基于应力-强度干涉法的强度、振动和疲劳可靠性计算结果进行了对比，给出了两种计算方法的相对误差。最后，采用商业有限元软件计算了带有裂纹的叶片模型的裂纹扩展应力，并进行了叶片裂纹扩展分析，对叶片断裂问

6、题可靠性进行了分析。关键词：动叶叶片；强度；振动；疲劳；可靠性；裂纹-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractSince1960s,militaryships’powersystemshavestartedtoputgasturbinesintouse.Gasturbinesaregraduallyusedinvariouspowergenerationassembliesbecauseofhigheconomicalefficiency.Gasturbinesalsotakemostpartinpowersystemsofaviationfield.Key

7、technologiesofdesign,processandmanufactureanddetectionofgasturbinesaremonopolizedbywesterndevelopedcountriesforthelongtime.Ourcountrystartedtodoresearchaboutgasturbinesmuchmorelaterandhasaweaktechnologyfundation.Ingasturbines’powersystems,thecompressorprecompressesairandincreas