压气机叶顶间隙计算-论文.pdf

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1、团固四圃仿囊，建壤ICADICAMICAEICAPP压气机叶顶间隙计算邹建伟，赵俊明。于宁(哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨150046糍璧确定罄．}匮气瓠l安全工糍鹊畸强冷怒o．1謦。

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4、0引言场计算时网格类型采用DCAX4，结构计算时采用CAX4．气机问隙是影响燃气轮机整体性能、可操作性以，．2温度场计算及压气机喘振裕度的关键因素，叶顶间隙过调将造成压首先，使用ABAQUS软件计算转子和气机的温度气机和透平的气动性能损失]，叶顶间隙过小则会引起过场。压气机转子和气缸温度场计算分析的边界条件为：与犬的再热式碰撞，影响机组的安全。因此压气机

5、径向间隙轴承箱相邻边界采用第二类边界条件(绝热)，在模型的的分析H标是在保证压气机安全T作的条件下最大限度其余表面均采用第三类边界条件(施加对流传热系数和地减小其lI作『“1隙。远场温度)【。边界条件施加完成后进行计算，计算结果如本文采用_r有限冗方法计算了压气机气缸和转子的图2所示．．温度场，以此为础t：-d-算出气缸、转子在温度、压力和旋转离心力耦合作用条件下的变形。使用传统方法计算f}I动、静f】t-片的热变形。使用有限元方法计算出动叶片在旋转离心力作用F的离心力变形。同时考虑转子振动、转子挠度、轴承油膜所引起的转子提升等素，最终确定压气机的稳态问隙和

6、冷态间隙，为进一步的气动计算和设1．3位移场计算计提供r参考将温度场计算得到的结果施加到结构汁算的模刊1转子和气缸位移场的有限元计算上。同时在转子模型上施加旋转离心力，气缸和转子模型压气机转子和气缸的有限元分析采用整体组件模上施加气压力。气缸在横向键位置施加轴向约束，转子在型，建～●包括气缸、转子在内的整体几何结构，根据结构止推盘前端施加轴向约束。如3为转子和气缸的径向和r作条件特点，采用轴对称二维有限元方法进行分析，位移首先计算1一作状态下转子和气缸的温度场，并在此基础r算他移场，．，有限元模型建立根据通流建立转子和气缸的二维轴对称模型，并对气封等微小结构

7、进行简化，如图1所示。由此我们可以得到在_1作状态下动叶和静叶位置转子和气缸的位移变化如图4所示。从图4可以看出，前面几级转子的变形较大，后丽气缸的变形超过转子的变形。2动叶片和静叶片的变形计算对儿何模型进行网格划分，网格总数约为1O，温度影响动叶片径向变形的因素有两个：热变形、离心力机械工程师2014年第7期185圃固四嗟团哩仿真，毽檬ICADICAMICAEICAPP／，{叶图4转子3动叶片和静叶片叶顶径向间隙计算变肜．影响静叶片径阳变形的因素有一个：热变形。现分在所有影响径向间隙的因素中．I1r片、转子径向变形圳进动、静I1}‘的热变形和动叶的离心力变

8、形分析。的结果使底部和顶部的间隙都减小；气缸的径向变形使2．，动、静叶径向热膨胀变形计算底部和顶部的间隙都变大；转子的静挠度则使底部间隙减动It‘片和静叶片的径向热膨胀变形的计算公式如下：小、顶部间隙增大；油膜厚度使底部增大、顶部臧小专子AR=Ru(,ulk-f)。和气缸的轴向胀差使通流变化化动叶的问隙减小、静式r{J．7．为转f、静fll’、动叶或气缸的体积温度；7为叶的间隙增大；同时还应考虑上耋行时转子的振动、加准温度；AR为转子、静叶、动叶或气缸的径向膨胀；R为差以及可允许的擦碰量。综合以H索，计算fl{保bE)Il卜片k度动IIi和静叶的热膨胀径向热

9、变形的汁算结机安全运行的动、静叶片冷态『H】隙、计算结果如冈l015J~JbJ÷示。可以看出动、静叶的冷态『『{j隙总体趋势为先减小增大，前部间隙较大的原因是转子变形人于气缸，儿叶片离04504()心力变形较大，后部间隙较大的㈧是叶片的热膨胀变035(10形较大。毒【)25冀[】2【l㈨s2．2动叶离心力径向变形计算动I勺离心力径向变形采用有限元模拟的方法进千『汁算，汁算模型如冈6所示，在I1r片模型根部施加垂直于4结语叶根的约求，对整体施加旋转离心力，计算得到动I1f．的离1)建立了包含气缸、转子住内的二维轴对称整体组心力径向位移，如图7所示。件模型，并使

10、用ABAQUS软件进行了热分析和强度分析，得到了转子和气缸的变形结果2)使用理论方法计算了动、静叶片的热膨胀向变形，使用有限元方法计算了动叶片的离心力径向变形3)根据转子、气缸、动静I1r片的变形结果，并综合考虑了轴承油膜、转子振动、加1误差等因素计算m压气机动、静叶片的冷态叶顶间隙。[参考文献][1]牛茂升，臧述升，黄名海．间隙高度对涡轮叶顶间隙流动的影响[J]．工程热物理学报．2008．29(6)：937—939．8为m离心力引起的各级动叶径向变形量将[2]龚良慈．航空发动机设{1-手册[Mj—E京：航空：,IktP,版：，200I动“l‘的热膨胀径向变

11、形和离心力径向变形进行校[3]吴厚钰透平零件结构和强