气轮机叶片振动响应的数值分析

《气轮机叶片振动响应的数值分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、维普资讯http://www.cqvip.com第26卷第2期东北大学学报(自然科学版)JournalofNortheasternUniversity(NaturalScience)Vo1．26，No．22005年2月Feb．2005文章编号：1005—3026(2005)02—0156—04气轮机叶片振动响应的数值分析李永强，郭星辉(东北大学理学院，辽宁沈阳110004)摘要：求解叶片强迫振动方程的难点在于定量确定叶片的激振力和选用合适的计算模型．针对这一问题，应用薄冗oL-理论~，建立了气轮机叶片的应变一位

2、移非线性关系，给出了激振力的形式；应用虚功原理得到了带有较大弯曲和扭转变形的叶片受迫振动方程，再应用振型迭加法求出叶片的振动响应方程，得到了叶片的共振响应条件．结合具体算例，分析T,fR的振动响应及共振响应，结果表明，气轮机叶片振动响应主要取决于叶片固有频率、振动模态、激振频率、激振力(谐波分量)等因素，叶片的非共振响应曲线为拍，当固有频率、激振力频率(Me和激振力沿叶片周向移动的角速度tON间的关系为=cu=舢N(=1，2，⋯，oo)时，叶片发生共振．关键词：叶片；振动响应；非线性；激振力；共振中图分类号：T

3、B123文献标识码：A叶片是气轮机及其他叶轮机械中最重要的零部应力和变形，对于短叶片的分析精度也达不到部件之一，受到高离心力、稳定气流力及交变气流要求．针对梁模型的缺点，文献[3～10]采用板壳激振力的作用．据统计，叶片故障占气轮机故障的模型进行叶片振动分析，虽然考虑到叶片的弯曲30％-40％，甚至更多．造成叶片故障的绝大多数变形和扭转的作用，但它们都不能准确分析带有原因是叶片的振动疲劳损伤．即使机组处于稳定较大弯曲和扭转的叶片振动；因此，选用合适的模运行工况，叶片也会受到周期性激振力的作用，产型，计算既有弯曲

4、又有扭转变形的叶片振动响应，生振动响应．弹性结构体动力学问题可用强迫振不仅具有理论意义，而且具有重要的工程应用价动方程描述，求解叶片强迫振动方程的难点在于值．定量确定叶片的激振力和选用合适的计算模型．1应用薄壳理论的叶片应变一位移文献[1，2]将叶片描述为梁模型，得到了叶片任意横截面上的动平衡方程，并求出叶片的振动特性；非线性关系但没有考虑剪切变形和旋转惯性力的作用，忽略叶片结构如图1所示，可以看作是以安装角了弦向的弯曲变形，顺翼展方向的变形和扭转也安装在半径为o的旋转圆盘上的扭转薄柱壳．涉及的很少．由于梁模型

5、的局限性，对于典型的非I，r和b分别为中心角、平均半径和柱壳弧长．对称叶片，不能得出准确解，不能精确计算叶片局0l为柱壳的中心，0为柱壳上一点到轴的夹角，b＼D．图1旋转叶片的旋转和扭曲的薄圆柱壳模型Fig，1Modelofarotatingbladeformedfromthintwistedcylindricalshellpiece收稿日期：2004—05—20基金项目：教育部重大基础研究前期研究专项(2003CCA03900)．作者简介：李永强(197O一)，男，河北饶阳人，东北大学副教授，博士；郭星辉(1

6、952一)，男，辽宁沈阳人，东北大学教授．维普资讯http://www.cqvip.com第2期李永强等：气轮机叶片振动响应的数值分析157t为壳厚，Z为沿轴的柱长，k为每单位长度的2激振力形式扭转角，k，为柱壳自由端的扭转角，为。与o．之间的距离，轴为中面的法线，正方向沿径向向作用于气轮机动叶片的激振力主要由进、排外，il，i2和i3为坐标系(，，)的单位矢量，气管、级间抽气、喷嘴配气、尾缘厚度、隔板加强筋b为叶片的旋转角速度．等因素产生．叶片在气流参数沿圆周分布不均匀设叶片变形前中面上任一点的位置矢量为的流

7、场中旋转时，对叶片产生周期性激振力，可设r定激振力为简谐形式并沿叶片的周向移动，且方向为叶片径向，如图2所示．r：Px4-rsinO／2+(rcosO—P)i3．(1)其中，Px为该点在轴上的位置矢量．现将r’关于和S的偏导数口l和口2定义为中面上相应的基本矢量．口3为垂直于中面的单位矢量，它与口I和口2构成右手正交坐标系．设柱壳上任意一点P的位置矢量为r(∽，则r(0)=r!。)+口．(2)图2激罟振=力形式．F1I示意图其中，为P点沿口3方向到中面的距离．Fig．2Schematicofexcitingfo

8、rce设P点在变形后的位置矢量为r，其表达式设激振力在2(7"／一1)7c<<2nn(=1，2，⋯，oo)m∞O●为内的形式为r=r(0，+{【，一(鲁)sin}”f(t)=(0一∞Nt)，(6){忌(P—rco~e)v+cosOV+(百1)sin}f2+2(一1)7c<0