031叶片激振力及频率

《031叶片激振力及频率》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第3节叶片激振力及频率1叶片振动概述压气机、透平叶片在工作时，不断受到脉动气流力的作用。叶片产生疲劳损伤故障，一直是转子较为严重的问题。统计资料表明，叶片损坏的绝大多数原因是由于振动疲劳所引起。直到目前，无论国内国外，叶片振动事故时有发生，燃气轮机叶片振动事故发生的比例高于汽轮机。燃气轮机叶片事故约占燃气轮机事故的40％以上。可见，讨论叶片的振动安全性问题非常重要，不能忽视。2叶片振动概述研究叶片振动，需要了解叶片振动的物理现象，振动的基本特性，外界激振力特性，叶片频率和弹性变形（或响应）的计算方法。还要研究避免叶片发生共振，共振的排除方法和防振减振措施，减

2、少叶片故障，以及用实验研究方法寻找和解决振动安全问题。方法包括准确计算叶片固有频率，测量干扰力频率和各种叶片减振方法。以及了解叶片安全性校核的标准（新、老）等。3叶片振动概述在本节中，首先讨论叶片的振动物理现象，激振力产生及激振频率的种类，叶片的振动参数描述。然后，介绍能量法求解叶片频率，分析振型等。该方法的优点是物理概念清晰，简便适用。通过本方法的学习，可以从理论高度上，加深我们对振动安全性的理解。为处理运行中振动问题提供解决问题的科学思路。4叶片激振力产生原因运行中，叶片受到周期性燃气气流的激振力的作用。作用在运行叶片上的气流激振力是由于在旋转状态下，通

3、流部分的结构与制造安装误差引起的。通常分为两类激振力：a、高频；b、低频5（1）高频激振力的产生静叶叶栅出口气流不均匀。当气流经过静叶栅进入动叶片时，由于静叶的出气边有一定厚度，使得静叶栅出口的气流场参数:压力和速度等在该处有所降低，造成了一个沿叶轮切向不均匀的气流场。见下图所示。当旋转的动叶片每经过一个静叶槽道时就受到一次气流激振力的冲击。6静叶栅后气流场切向分布图7高频激振力产生的原因通常整圈隔板上喷嘴数在40～100以上，当转速取3000转/分时,这类激振力的频率范围在2000--7000Hz。由于燃气轮机首级叶片高度小,刚性大，其频率一般都在几千赫芝

4、以上。高频激振力主要对较短的叶片构成威胁。8激振力的频率高频激振力的频率表达式：9（2）低频激振力产生原因燃气轮机静叶环的中分面处静叶接合不良。有的燃机静叶环在中分面处剖开为上下两半环，当制造或装配产生偏差时，则静叶型线部分便会错开。燃气轮机气流通道中加强筋或肋的结构。抽气、排气结构。燃气轮机中那些沿气缸径向分布的抽、排气管道口。静叶和叶片槽道制造与安装偏差引起的激振力等。10低频激振力频率分析例如：当气流流过通流部分中那些加强筋时，造成沿圆周气流速度不均匀，会引起气流激振力冲击，其频率等于加强筋数目与燃机每秒钟转速的乘积。（见下式）11低频激振力的频率低频

5、激振力的频率表达式：(＝1、2、3、…6）由于一般比静叶数小得多，所以这类激振力称为低频激振力。低频激振力对较短的叶片不会构成威胁，对较长的叶片会带来严重危害。12激振力频率据上述分析可知,气流激振力的基本频率大体上分为两类。叶片在不均匀的气流场中转动时，受到的激振力是一个不规则的周期性涵数。如将周期性的气流激振力P沿圆周方向按傅立叶级数展开，在叶片上作用的激振力可写为如下形式:13叶片上作用的高频激振力表达公式：14激振力表示式从上式可见，在不均匀气流场中转动的叶片，即受到基本频率激振力的作用，还受到基频倍数的激振力的作用。它不是一个简单的正弦波形，而是多

6、个正弦(或余弦)波的叠加而成。一般说来，随着倍数的增高,激振力幅值减小，振动的危险性也减小。因此，实际振动分析中只取有限的几阶振动。15高频激振力产生的原因上述分析的激振力的大小与气流速度分布的不均匀程度有关，由上图可看出激振力的幅值只是引起静弯曲应力的平均气流力的一部分，很难精确求出。正是如此，叶片的位移难于确定。叶片的动应力就很难准确计算。人们目前采取理论分析与试验的很多种方法来确定叶片动应力数值。16防止共振措施—避开共振的发生随着激振频率倍数的增高,激振力幅值减小，振动对叶片造成的危害程度减小。因此，实际工程上需要避开的只是有限个阶次。实际振动分析只

7、按照如下处理。对高频激振力，其相应的频率为：式中：——整常数，一般取1、2、3。17避开激振的阶次对低频激振力,其相应的频率为：式中：——整常数，一般取:1、2…6。18其它方面的影响除了以上分析的原因外，还有一些其它因素对叶片产生激振力。例如转子的不平衡，机体的振动等都会引起叶片的激振力，由于这些激振力比较复杂，目前很难对它们进行预测，或作定量计算。19叶片主要振动参数描述在对叶片作理论分析时，是将叶片简化成为一端刚性固定的弹性杆件物理模型。分析该模型在外界作用力下的振动特征。通常采取实验方法，对叶片施加激振力，它就偏离其平衡位置产生振动。如图，可以观察到

8、叶片上的振动现象有振幅，节线，频率以及振动过程出现的