汽轮机转子叶片模化与模态分析

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1、第57卷第5期汽轮机技术V01．57No．52015年1O月TURBINETECHNOLOGY0ct．2015汽轮机转子叶片模化与模态分析刘雄彪，李录平，张世海，晋风华，梁伟，龚晨，黄章俊(1长沙理工大学，长沙410014；2贵州电力试验研究院，贵阳550000)摘要：采用Solidworks软件对国产某600MW汽轮机低压转子进行三维实体建模，针对汽轮机长叶片提出了一种叶片模化方法。基于Algor有限元软件对该型机组低压转子进行了模态分析，将临界转速计算结果与传统的圆盘法所得结果以及设计数据进

2、行比较，比较结果表明：提出的叶片模化方法是可行的，运用该方法处理的叶片模型在理论上更接近实际叶片。研究结果为透平机转子的设计及其动力学有限元三维实体建模提供了一定的参考。关键词：叶片模化；汽轮机；转子；临界转速；有限元分类号：TK263．3文献标识码：A文章编号：1001-5884(2015)05-0329-04SimulationofBladesandModa1AnalysisofSteamTurbineRotorLIUXiong-biao，LILu-ping，ZHANGShi_hai，JIN

3、Feng—hua，LIANGWei，GONGChen，HUANGZhang-jun(1SchoolofEnergyandPowerEngineering，ChangshaUniversityofScienceandTechnology，Changsha410114，China；2GuizhouElectricPowerDesignInstituteandResearchInstitute，Guiyang550000，China)Abstract：The3Dmodelofthelow—pressu

4、rerotorofadomestic60OMWsteamturbinehasbeenmodeledbyusingtheSolid—workssoftware．Anewmodelingmethodoflongbladesofsteamturbineisproposed．Themodalanalysisofthelow—pressurerotorofthistypeofunit，whichisbasedonFEAsoftwareAlgor，iscompleted．Comparingthecalcul

5、ationresultsofcriticalspeedwiththoseobtainedbytraditionaldiskmethod，andalsowiththedataofdesign，provethatthenewmethodofmodelingforbladesisfeasible，andthemodelofblademodeledbyusingthenewmethodismoreactualthanbyusingtraditionaldiskmethod．Theresultsofthi

6、sstudyoferedareferencefordesignofrotordynamicsand3Dmodelingconcretebodiesofturbomachines．Keywords：modelingofblades；steamturbine；rotors；criticalspeed；finiteelement[]{}+[]{“}：{0}(2)0前言结构自由振动为简谐振动，即位移为正弦函数：M=usin(∞t)(3)汽轮机转子动力特性的计算为转子的设计以及机组的无阻尼模态分析实际上就

7、是进行特征值和特征向量的安全运行提供依据和参考。汽轮机转子，尤其是低压转子的计算，即模态提取。由式(2)、式(3)得到：轮盘和长叶片结构对转子的动力特性的影响不能忽略，传统[K]一m[]{a}={0}(4)的传递矩阵法和一维梁单元有限元法通常采用集总参数的此方程的特征值∞的开方为自振圆频率，单位是方法将质量附加给节点，这种处理方式不能真实反映汽轮机rad／s。其对应的特征向量{“}表示相应的振型。转子的分布质量和分布转动惯量对转子动力特性的影响。采用转子的三维实体模型进行有限元分析，在一定程度上

8、考1低压转子实体建模与简化虑了轮盘及长叶片对转子动力特性的影响。下面是转子系统动力学的基本方程I3』：1．1低压转子三维实体建模[]{越}+[C]{}+[]{U}={F(t)}(1)利用Solidworks软件建立了国产亚临界600MW汽轮机式中，[]为系统的质量矩阵；[C]由系统阻尼矩阵和陀螺低压转子的1：1三维实体模型，如图1所示。该低压转子为矩阵组成；[]为系统刚度矩阵；{F(t)}为系统外力；{U}为无中心孔合金钢整锻转子，有正、反向各7级反动级，转子质位移响应向量；{吐}为速度响应向量