叶片干摩擦阻尼减振技术研究综述

采用干摩擦阻尼结构抑制燃气轮机叶片振动的方法得到国内外学者的广泛关注。从动力学模型建立、非线性振动稳态响应求解方法和阻尼减振试验等方面对叶片干摩擦阻尼减振技术进行了较为详细的综述,总结了干摩擦阻尼减振技术在理论计算和试验设计方面的研究现状,分析了干摩擦阻尼减振的影响因素,提出了阻尼减振技术所存在的技术困难。最后,归纳了国外阻尼减振技术的新思路、新方法,提出了叶片干摩擦阻尼减振技术在未来的应用前景和发展方向。     

透平叶片几种减振结构的阻尼特性试验研究

提出了一种叶片减振结构阻尼的测量和分析计算方法。对设计的4种减振结构的阻尼特性进行了实验研究和分析，表明：减振阻尼结构能有效增加透平叶片的阻尼。减振结构的阻尼与结构的几何形状有关，与结构之间的相对间隙有关。随着相对间隙从零增加至足够大的过程中，减振结构的阻尼性质和阻尼的大小都发生了较大变化。当相对间隙处在特定范围内时，阻尼系数达到极大值．碰撞减振结构使叶片的振动形态复杂化。引起叶片的拍振现象。图5参8     

新型阻尼结构叶片振动特性试验研究

干摩擦阻尼结构被广泛应用于透平叶片中来降低其振动应力。文章设计并搭建了干摩擦阻尼块结构叶片振动特性测试试验台,通过测量一新型阻尼结构叶片的振动响应值,获得了不同激振力及模拟离心力转速下叶片频率响应曲线及模态阻尼比。试验结果表明：当激振力较小时（4N、5N和6N）,叶片的共振频率随模拟离心力转速的上升而不断增加,而模态阻尼比则先增加再减小,在40％模拟离心力转速工况下模态阻尼比最大,叶片减振效果最好;当激振力较大时（12N、18N和24N）,叶片振动更加剧烈,使得阻尼块接触刚度降低,叶片的共振频率接近自由叶片固有频率,而模态阻尼比随着模拟离心力转速的上升不断降低。     

自带冠叶片碰撞减振过程阻尼特性实验研究

自带冠技术是一种提高汽轮机叶片可靠性的先进技术。为了定量描述自带冠叶片碰撞减振过程的阻尼特性,在实验台上进行了一系列的叶片碰撞减振实验,在不同转速、不同载荷和不同叶冠间隙的情况下,测量叶片同一位置的应变大小,获得叶片在不同实验条件下的振动对数衰减率,通过比较对数衰减率的大小来比较不同工况下的叶片振动阻尼大小。通过实验,获得了不同参数下的碰撞减振效果,证明了叶片的自带冠是一种很好的碰撞减振阻尼结构。实验研究还表明,当相邻两个自带冠叶片的冠间间隙很小时,叶片动态应力对负荷大小不敏感;冠间间隙不对称能够改善减振效果。     

带缘板阻尼叶盘系统高速旋转激振试验研究

在燃气轮机高压涡轮叶片上安装缘板阻尼结构可以有效降低叶片振动应力,为了掌握叶片振动特性,进而指导阻尼结构设计,以某船用燃气轮机高压涡轮转子为研究对象,开展带缘板阻尼叶盘系统高速旋转激振试验。设计了缘板阻尼结构形式,开发了雾化油滴喷液激振试验系统;同时,模拟常温环境下的叶片工作载荷,结合试验数据分析获取叶片安装阻尼器前后的动应力变化情况。试验结果表明：所设计的试验系统能够很好地模拟叶片弯曲和扭转共振状态;无阻尼激振试验获取的叶片模态参数与理论计算值相当,试验结果验证了理论计算方法的准确性;安装缘板阻尼器后叶片弯曲振动应力下降明显,存在最优阻尼参数使减振效果最佳;根据叶片幅频响应曲线可以看出,缘板阻尼器使叶片非线性力学特征增强,出现叶片振动能量相互传递的现象。     

核电汽轮机末级长叶片振动特性研究进展

随着核电汽轮机单机功率的增大,末级叶片越来越长。为了保证叶片安全,采用阻尼结构以提高叶片抵抗振动疲劳的能力是各个汽轮机制造厂家广泛使用的方法。具有阻尼结构的核电汽轮机末级长叶片振动特性非常复杂,建立精准的叶片振动特性分析模型及计算方法是成功设计叶片的基础。总结了国内外学者在阻尼结构叶片的摩擦接触模型、振动分析模型以及求解方法方面的相关研究,并着重介绍了作者在阻尼结构长叶片振动特性研究方面的具体思路、数值方法和实验平台,同时提出了进一步研究阻尼叶片振动特性的思路,为大功率核电汽轮机末级长叶片振动特性的分析评估提供了具体的方法。     

基于组合优化的非谐调阻尼叶片减振方法研究

阻尼叶片在非谐调扰动下产生振动局部化,严重威胁透平机组的运行安全。提出了一种基于蚁群算法的非谐调阻尼叶片组合优化减振方法,该方法可显著降低叶片振动应力。首先,对某透平阻尼叶片建立数值分析模型,获得在随机非谐调排布下的振动局部化特性,得到振动应力分布。然后,取整圈叶片的最大Von-Mises应力作为优化目标,采用组合优化方法对振动应力进行优化。结果表明,优化后振动应力降低了22.1%,应力幅值曲线接近谐调排布结果,证明了所提出的组合优化方法高效可靠。     

带平行冠叶片的干摩擦阻尼特性研究

基于"滞后"弹簧摩擦模型,分析了带平行冠叶片的干摩擦阻尼特性。通过接触分析获得冠间的摩擦力和相对滑移量,进而求取冠间的等效阻尼和等效刚度。在冠间接触区域,引入了MATRIX27弹簧阻尼单元模拟冠间阻尼和刚度,并对带平行冠叶片进行谐响应分析。计算结果表明:带平行冠叶片的干摩擦可以有效抑制系统的振动,即减振。冠间法向压力、摩擦系数及冠间间隙等因素对系统减振效果有不同程度的影响。     

基于ANSYS/LS-DYNA的带冠叶片碰撞振动特性的有限元分析

利用Ansys软件建立了带冠叶片组的三维有限元计算模型,并结合LS-DYNA软件进行了显式动力学碰撞分析,研究了碰撞阻尼减振效果与冠间间隙、激振力相位差和激振力幅值等振动系统参数之间的对应关系.结果表明:带锯齿型冠叶片间的碰撞阻尼可以有效抑制系统的振动,具有较明显的减振效果;有限元分析结果与相关的试验研究结果一致,证明所采用的有限元分析模型及方法是可行的.     

气动阻尼对裂纹叶片振动特性的影响研究

针对燃气轮机压气机流场产生的气动阻尼影响含裂纹叶片振动特性问题,采用数值计算对气动阻尼下含裂纹压气机叶片振动特性进行研究。将裂纹悬臂梁的一阶弯曲振动简化为单自由度系统,引入呼吸式裂纹刚度模型,改变阻尼系数模拟气动阻尼,利用四阶Runge-Kutta法和快速傅里叶变换,得到悬臂梁相关振动特性图,分析气动阻尼与结构振动的关系。研究结果表明:气动阻尼的存在缩短了振动到达稳态的时间并抑制了稳态幅值和振动的非线性。     

平行冠涡轮叶片的干摩擦减振数值模拟

利用叶冠之间的干摩擦力产生的阻尼,是一种抑制叶片振动、降低叶片动应力的有效手段.本文以某型汽轮机中压第一级动叶片为研究对象,建立了带平行冠叶片的Sgn干摩擦阻尼模型,将叶冠接触面之间的干摩擦力转换为等效刚度和等效阻尼.计算了其在不同预扭量条件下的动应力,分析了不同预扭量的减振效果.计算结果表明:采用0.4mm的预扭量,叶片的动应力数值较无预扭情况下减小约50%,预扭工艺的减振效果明显.进一步增进预扭量,动应力减小的幅度非常有限(＜5%),目前采用的预扭量是较为合理的.     

柴油机橡胶减振器的试验和分析

本文介绍了橡胶减振器在轴系扭振系统中的减振原理及其基本特性参数的测定方法。通过交替加载的静态特性试验,自由衰减振动试验以及动态阻尼特性试验,可以测定橡胶减振器的自振频率,动态刚度、静态刚度,动静比及动态阻尼系数比等基本特性参数,为柴油机扭振计算和橡胶减振器的设计和使用提供了必要的数据资料。     

带锯齿冠叶片振动特性的数值模拟

基于"滞后"弹簧摩擦模型,计算了不同转速下单个叶片和整圈叶片的固有频率和模态特性,分析了带锯齿冠叶片的干摩擦阻尼特性,并研究了转速对带锯齿冠叶片频率的影响.通过对叶冠间接触状态的分析,获得叶冠间的摩擦力和相对滑移量,并求出叶冠间的等效阻尼和等效刚度.在冠间接触区域,采用有限元分析软件中的Matrix 27弹簧阻尼单元模拟叶冠间阻尼和刚度,并对带锯齿冠叶片的动应力进行了分析.结果表明:带锯齿冠叶片间的干摩擦可有效抑制系统的振动,具有较明显的减振效果.     

自带冠叶片冠间接触碰撞减振研究

自带冠叶片因冠间接触碰撞而具有很好的减振效果。文中,自带冠叶片等效为弹簧一质量模型;冠间的接触碰撞简化为有间隙的弹簧一干摩擦阻尼模型,建立了该结构的振动方程。响应的特性分析结果表明：当冠间的相对位移大于间隙值时,冠间的接触碰撞起作用,叶片的振动量随间隙的减小而减小;冠间刚度为叶片等效刚度的1．3倍左右时,减振效果最好。同时,在冠间间隙可调的自带冠叶片冠间接触碰撞振动实验台上,测得了不同间隙下转子升速时叶片根部的动应变。实验结果和计算分析结果基本一致,进一步证明了这种结构是一种很好的减振结构。     

基于谐波平衡法的带冠叶片接触碰撞减振特性研究

通过谐波平衡法建立了具有间隙的冠间接触碰撞的等效弹簧-干摩擦阻尼力学模型,得到表征汽轮机带冠叶片主要危险振型的三自由度集总参数模型,应用龙格-库塔法求解自带冠叶片的振动响应,并分析了冠间间隙、冠间接触角和冠间法向接触刚度对碰撞减振效果的影响.结果表明:汽轮机带冠叶片因冠间接触碰撞而具有很好的减振效果,但出现了多频谱成分和共振频率右移等现象;随着冠间间隙的减小,带冠叶片冠间碰撞减振效果变好,冠间接触碰撞对一阶振动的减振效果好于对二阶振动的减振效果;较大的冠间接触角对冠间接触碰撞在切向振动上的减振效果较好;较大的冠间法向接触刚度可使叶片冠间接触碰撞达到很好的减振效果.     

阻尼拉金结构的长叶片透平级气动性能数值研究

文章采用商用计算流体动力学软件ANSYS—CFX数值求解Reynolds—Averaged Navier-Stokes（RANS）方程和标准k-ε紊流模型方法数值研究了考虑阻尼拉金结构的汽轮机长叶片透平级的气动性能．分别计算分析了无阻尼拉金结构、椭圆型阻尼拉金结构和流线型阻尼拉金结构的汽轮机长叶片透平级的流场特性．详细分析了阻尼拉金对长叶片透平级气动性能的影响特性。研究结果表明：阻尼拉金的存在对长叶片流场的影响主要位于叶片吸力面附近。采用椭圆型拉金及流线型拉金长叶片的透平级与无拉金的情况相比,透平级等熵效率分别降低0．313％和0．206％．采用流线型阻尼拉金后透平级等熵效率比椭圆型拉金提高0．107％．相比于椭圆型阻尼拉金结构的长叶片．流线型阻尼拉金结构在其尾缘处的分离涡基本消除．拉金尾缘处的流动损失减少。     

围带结构对整圈自锁叶片振动特性的影响

从围带结构的基本参数(围带的厚度、宽度、倾斜角、相邻围带接触面之间的接触角和接触间隙)入手,采用数值分析方法探讨了整圈自锁阻尼叶片的振动特性,得到了围带结构各参数对振动特性的影响,其中围带厚度方面的结论与试验测量结论一致.分析结果表明,围带结构的基本参数对整圈叶片结构的三重点共振点的影响具有一定的规律性;叶片振动特性分析对整圈自锁叶片的设计具有指导作用.     

自带冠叶片冠间接触碰撞动力学建模及数值模拟

采用有限单元法对自带冠叶片冠间接触碰撞的减振机理进行了研究.首先应用弹塑性力学理论对叶片冠间接触碰撞问题建立碰撞弹性力模型,并采用Herbert直接法建立碰撞阻尼力模型,进而对已建立的冠间接触碰撞的非线性动力学模型进行数值模拟,并分析自带冠叶片冠间接触碰撞的非线性动力学特性、响应特性及接触碰撞减振机理.研究结果表明:随着分岔参数的增加,发生擦边碰撞,碰撞振动系统直接由周期运动状态进入混沌,然后又突变回周期运动状态;在冠间接触碰撞减振结构的设计时应该避开混沌状态,以免由于气流力输入能量增大导致叶片振动过大.     

叶片缘板阻尼结构参数敏感特性分析

针对某型船用燃气轮机高压涡轮叶片的缘板阻尼结构设计问题,开展阻尼结构参数敏感性分析。基于整体-局部统一滑动理论建立叶片-阻尼单接触对摩擦模型,采用谐波平衡法和能量法将非线性摩擦力等效线性化;考虑激振力相位差,迭代求解振动微分方程以获得叶尖幅值响应,找出影响阻尼减振效果的关键参数,分辨具有高敏感度的独立变量,获取阻尼结构初步设计方案。结果表明：缘板阻尼器的质量与刚度、阻尼选材及接触面宽度均属于高敏感度参数;阻尼器所受离心力与激振力幅值之比可作为结构设计过程中的独立变量;计算得到阻尼器设计质量在1.18~3.95 g之间,阻尼器轴向设计长度为31.2 mm。     

1220mm全速湿冷末级长叶片强度振动分析

详细分析了上海电气1 220mm长叶片的强度、振动特性,以及叶片围带、拉筋等阻尼结构对振动频率的影响。分析表明,该叶片为2阶调频叶片,强度、振动特性良好;同时采用整圈计算、循环对称两种算法验证了结果的可靠性。叶片动频试验结果与理论计算相吻合,标志着该叶片的成功开发。