某燃气轮机压气机叶片振动特性研究

针对某燃气轮机压气机叶片断裂故障,通过理论计算和试验方法,对故障级叶片在与轮盘耦合条件下的振动特性进行了研究分析。理论计算叶片动频时考虑了旋转离心力和温度载荷的影响,利用有限元计算程序ANSYS WORKBENCH循环对称分析功能和接触分析功能,完成了压气机叶片振动分析,通过坎贝尔图得到叶片1阶弯曲共振转速为6 900 r/min。随后,在整机状态下,利用非接触式微波测量方法,对该级动叶进行了振动测试,获得的叶片1阶弯曲共振转速为6 988 r/min,实测得到的共振转速与理论计算结果吻合,为故障的进一步排查提供有利的理论和试验依据。     

燃气轮机压气机动叶振动特性研究

针对某型燃气轮机的压气机第八级动叶断裂故障,对其进行振动特性研究。根据制造数据建立三维实体模型,利用有限元软件进行模态分析,得到压气机在额定转速下该级动叶的前六阶自振频率、振型以及各阶等效应力图,结果表明,叶尖处振动的变形量相对较大,叶片根部区域应力较为集中。根据激振力的激振频率和不同转速下动叶的自振频率绘制坎贝尔图,进行共振分析,发现当压气机的转速在7 300 r/min附近时,动叶易产生二阶扭转振动和四阶复合振动。分析结果为进一步研究该级动叶的断裂故障和防共振措施提供依据。     

某级压气机转子叶片高周振动疲劳强度储备分析研究

为完成某型燃气轮机压气机新设计转子叶片高周疲劳储备分析,采用基于叶尖定时法的激光非接触测量方法对该级转子叶片进行了振动应力测试,并结合理论计算和转子叶片高周疲劳极限试验,获得每一只叶片的高周振动疲劳强度储备,创新性地一次性完成了某级压气机新设计转子叶片振动疲劳性能的全面评估。研究表明:理论计算得到的叶片1阶弯曲共振转速为4 393 r/min,实测叶片在机组全部运行工况下的共振转速区间为4 276～4 435 r/min,叶片振动应力范围为54～123 MPa;试验实测得到的置信度满足95%及误差限度5%下叶片中值疲劳极限为730 MPa,推算得到99.99%高存活率下叶片高周疲劳极限约为660 MPa;结合叶片静强度分析结果、叶片材料的抗拉强度值、叶片振动应力值和99.99%高存活率下叶片的疲劳极限值进行计算,其高周振动疲劳强度最低储备为4.61,共振转速区间处于机组运行的过渡工况,满足设计要求。     

离心压气机叶轮边缘断裂有限元分析

针对涡轮增压器离心压气机叶轮轮盘边缘断裂故障,建立压气机三维模型,进行有限元强度分析和有限元模态分析,得到压气机叶轮的应力分布、固有频率和模态,并绘制了叶轮振动的Campbell图。有限元计算结果分析表明:材料强度不是造成叶轮轮盘边缘断裂的原因,叶轮在61 550r/min转速附近工作会和叶片旋转产生的气动激振力发生共振,导致叶轮轮盘边缘断裂。对叶轮几何参数进行了优化,优化后叶轮轮盘边缘断裂故障得到了解决。     

单叶片强度分析及整圈叶片动频计算

根据国内外同行多年设计经验,综合考虑安全性、经济性与工艺性,设计了1200mm长叶片的结构。在此基础上,应用有限元方法,建立了单叶片的有限元模型,在3300 r/min超速运行条件下,分析了叶片的静应力。计算结果表明,在超速情况下叶片强度是安全的;应用有限元商用软件ANSYS,采用接触边界法,建立了整圈叶片模型,计算了整圈叶片的动频率,得到叶轮的三重点共振转速M3为2802 r/min,由于叶片的工作转速为2820 r/min~3 090r/min,因此在该区间无三重点共振,叶片振动是安全的。     

某500 MW汽轮机机组中压转子振动特性计算分析

为了分析某500 MW汽轮机机组中压转子在经过临界转速过程中的安全性,对该机组实际运行中发生振动最大的中压转子进行了振动特性计算与分析.采用自己开发的转子动力学软件计算得到中压转子的第一、第二阶临界转速,分别求得转子在第一阶临界转速和3 000 r/min转速下的最大弯曲静挠度,通过静挠度分析程序计算得到不同转速下对应的等效重力加速度,最后在Ansys中通过施加等效重力加速度模拟了不同转速下转子的不平衡离心力,并施加此离心力载荷来计算分析不同转速下转子的弯曲等效应力分布.结果表明:第一阶临界转速和3 000 r/min转速下的等效重力加速度分别为10 m/s2和1 m/s2;计算得到的各种工况下的最大弯曲等效应力均远小于该材料的屈服极限.     

高压压气机末级转子叶片振动特性分析

某高压压气机末级转子叶片曾多次发生掉角故障,目前为排除故障多采取局部削角的措施。为分析故障原因和排故后的效果,针对故障叶片和改进后的叶片进行有限元模态分析和振动特性试验,绘制坎贝尔图发现叶片在工作转速下可能会发生双扭复合共振,通过频率响应计算,定性分析了叶片的位移和Von-Mises应力响应变化,发现叶片削角后振幅略有增大,等效应力略有减小。结果表明,虽然削角不能使叶片避开共振区间,但是降低了振动应力水平,从而提高了叶片的抗振能力。     

9FA燃气轮机压气机叶片断裂故障及预防处理

介绍了几起9FA型燃气轮机压气机叶片断裂事故情况,分析R0级断裂原因为叶片第2阶振动落入kn共振区域,S1级断裂原因为叶片第7阶振动落入zn共振区域,与叶片设计、制造和安装因素有关。加强压气机定期检查可降低事故发生概率,对压气机升级改造可有效避免同类事故发生。     

某型发动机低压二级叶片振动可靠性评估

鉴于某型发动机低压压气机二级叶片外场使用中损伤较多,应用振动可靠性评估的模糊方法和非概率方法对该级叶片进行振动可靠性评估。评估结果表明,该级叶片存在旋转失速激发的一阶弯曲振动共振导致的高周疲劳失效。     

汽轮机末级叶片振动特性分析

末级叶片多工作在湿蒸汽区,工况十分恶劣,如果叶片在工作转速下发生共振,会产生很大的危害,甚至出现叶片断裂,导致机组故障停机等问题。因此,设计频率避开工作转速共振区域成为末级叶片开发中的重中之重。通过有限元计算叶片振动特性与试验结果之间对比,得出理论计算数据与试验结果之间的联系,进而正确指导设计,缩短末级叶片的开发周期。     

某型核电汽轮机次末级叶片失效原因分析及优化改型设计

介绍了某型核电汽轮机次末级叶片的失效情况,并根据失效叶片断口分析和动频测量试验结果分析了叶片失效的原因。针对叶片失效的原因提出了优化设计方案,优化型叶片采用了能够提高结构阻尼的凸台拉筋整圈连接结构,并通过调频试验使叶片的共振转速避开2 820r/min~3 090r/min,以保证优化型叶片的安全运行。     

基于压气机动静叶干涉的共振研究

燃气轮机压气机叶片在设计时需要进行共振考核,但由于激振力复杂,叶片产生共振的条件也不相同。考虑了动静叶的干涉扰动,得到一般气流压力脉动模型,然后在压力脉动作用下推导下游动叶受迫响应的解析解,从受迫响应的解中得出基于压力脉动特性的共振条件。最后利用某燃气轮机压气机叶片轮盘模型进行了验证,得到了与理论推导一致的结果。该共振条件基于动静叶数量和动叶轮盘模态特性关系,揭示了阶次激励作用下叶片轮盘耦合振动存在更多可能出现的共振点,在设计阶段需要注意避开这些共振点,控制叶片振动,保证叶片安全运行。     

重型燃气轮机转子启动过程热弯曲故障实验研究

重型燃气轮机频繁启停过程易发生热弯曲故障,严重的会影响机组及人员安全.本文模化了某型实际重型燃气轮机转子,搭建了拉杆转子热弯曲故障实验台,利用电涡流位移传感器采集了转子3500 r/min下不同运行时间的振动数据,给出了转子热弯曲故障振动规律,实验结果表明:转子一、二阶临界转速分别为1070 r/min和3180 r/min,转子存在热弯曲故障时,转子振动随着运行时间逐渐下降,对重型燃气轮机机组实际运行过程热弯曲故障的诊断和监测有一定参考价值.     

高速动平衡机摆架模态分析及结构优化

某设计最高转速8 000 r/min的20 t动平衡摆架,在转速5 000～6 000 r/min下进行试验时,发生明显的振动增大现象,严重影响转子动平衡测试数据的准确性。为分析此问题,在对摆架进行有限元分析的同时,采用锤击法对其进行模态测试,结果表明,摆架在5 000～6 000 r/min左右存在模态,致使在该转速区进行动平衡试验时发生共振。采用有限元方法优化摆架结构,将摆架模态频率提高至159 Hz(9 500 r/min)以上,之后重新进行模态测试,结果和计算值基本吻合。实际转子的动平衡试验验证了摆架在5 000～6 000 r/min下的振动问题得到了顺利解决。此方法具有较好的工程实际价值,能为类似问题的动力学特性问题处理提供分析方法和改进建议。     

叶片整圈振动特性分析及调频优化

为了避免叶片在运行过程中发生共振现象,针对某汽轮机低压次末级动叶片,采用全三维有限元分析方法对整圈叶片-叶轮模型进行振动特性分析。结果表明：初始围带厚度下1阶8节径振型在工作转速范围内出现“三重点”共振,不满足频率避开率要求,容易发生共振,需要进行调频改进;通过改变叶片围带厚度和围带接触面长度进行调频优化,并通过试验验证了调频后“三重点”转速与工作转速避开率满足要求,调频方案有效。     

350MW汽轮机组末级叶片振动模态分析

以某电厂350MW汽轮机组低压缸末级叶片作为研究对象,采用计算机三维绘图软件对末级叶片进行实体建模,利用ANSYS软件对末级叶片进行振动分析,得出了末级叶片前8阶振动频率特性和对应的振型图。结果显示:汽轮机工作转速不会达到末级叶片的前几阶临界转速,因此,末级叶片在汽轮机工作过程中不会出现共振现象,模拟结果对汽轮机末级叶片的设计和改进具有一定程度的指导价值。     

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。     

基于振动和声发射的滚动轴承故障诊断技术

针对舰船燃气轮机动力涡轮转子系统中滚动轴承故障频发的问题,搭建了滚动轴承故障模拟试验台,利用激光加工设备在前支承位置预制了3种滚动轴承故障（外圈、内圈和滚子）,分别结合4种滚动轴承状态,在800~3 000 r/min转速范围内开展了定转速试验并同步采集了振动信号和声发射信号,在此基础上先后利用阶次分析、小波包分解实现了信号预处理。研究结果表明：动力涡轮转子系统临界转速试验值与仿真值相对误差约为3.8%,同时该系统平衡精度等级较高,可支持开展后续故障试验;较低转速（800~1 000 r/min）下加速度信号中滚动轴承故障特征较为明显,可进行故障源定位,更高转速下可借助明显增大的变柔度振动特征进行故障监测;滚动轴承故障对应的声发射信号主要频率范围集中在0~375 kHz。     

压气机动叶CLOCKING效应对叶片可靠性影响的数值研究

采用基于谐函数(harmonic)的非定常计算方法,数值模拟了某型燃气轮机中间三级轴流压气机流场,研究第二级动叶CLOCKING效应对中间级静叶片气动负荷的影响。通过对各列叶片非定常气动力和气动力矩进行时域分析,指出不同CLOCKING位置对应的气流激振力对叶片的气动负荷造成了明显的影响。进行了中间级动叶和静叶的振动可靠性分析。计算结果表明,该压气机的3组静叶片避开共振区的程度各不相同。R2转子叶片处于不同的CLOCKING位置会引起下游S2静叶片气流激振力发生显著变化,导致S2叶片产生比较强烈的共振。     

国产600MW汽轮机末级叶轮振动特性有限元分析

采用Solidworks软件对国产某600MW汽轮机低压转子的末级叶轮进行三维实体建模,利用有限元分析软件ANSYS对其在0~3000r/min间的7个转速下的模态特性进行了计算,得到了各转速下末级叶轮的前12阶模态频率、振型云图,绘制出了末级叶轮的坎贝尔图。在此基础上,建立了末级叶轮各阶模态频率随转速变化的定量关系,3000r/min转速下各阶模态频率的增量随模态阶数的定量关系。