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。     

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。     

弯扭耦合作用下变频风机叶片断裂分析与治理技术研究

针对某变频运行风机发生的叶片断裂故障,采用无线应变测试技术获取了不同工况下转轴扭矩脉动特性。建立叶轮叶片有限元模型,获取风机各阶模态特性;将实测脉动扭矩作为激励,计算扭矩脉动下叶片所承受的应力特性。结果表明：电机输出谐波可能激发叶片轮盘弯扭耦合共振,导致叶片局部应力增大,进而疲劳断裂;叶片顶部加之字形加强筋可以有效减小叶片振动,预防断裂。     

高原工况压气机叶轮振动失效特征分析

针对高原工况下离心压气机叶轮振动失效问题,以某增压发动机压气机叶轮为研究对象建立仿真模型,使用非定常计算流体动力学方法分析高原共振工况下叶轮受到的气流激励时域与频域特征,并基于单向流固耦合,使用瞬态动力学与谐响应方法研究气流激励作用下叶轮共振响应特征,得出高原工况叶轮振动失效原因。结果表明,高原工况叶轮在4阶气流激励作用下发生共振,激励主要来源于叶片与蜗舌间的动静干涉作用,叶顶间隙泄漏流增大了吸力面20%弦长位置的压力波动。气流激励下叶轮共振导致叶片前缘振动应力升高,振动应力幅值达101.5 MPa,与实际叶片振动失效情况一致。     

整圈松拉金叶片组异相振动振型特性与共振应力分析

本文计算分析了整圈松拉金叶片组异相振动沿叶高方向的振型特性以及整圈连接后由于共振振型与自由叶片不同而引起的应力水平的变化,对于扭曲叶片给出了计算实例,对于直叶片的切向振动讨论了一些性质规律。主要结论如下:(1)整圈叶片组异相振动振型特性以及相对应力分布等随拉金和叶     

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。     

某型发动机低压压气机转子叶片断裂分析

针对某型发动机低压压气机第2级转子叶片于飞机起飞时发生的断裂故障，通过外观检查、断口表 面检查、成分分析、硬度测试、强度计算以及对叶片修理过程排查等手段，对故障叶片断裂性质和产生原因进 行分析。结果表明：叶片故障为疲劳断裂，断口疲劳裂纹起源于叶根转接圆弧处的凹坑损伤边缘。强度计算 显示叶片凹坑损伤处叶身最大静应力比正常叶片增加42. 8%，振动应力增加58%，应力增加、强度降低是促 使故障叶片产生疲劳裂纹的主要原因。在叶片修理转运过程中叶片与转运工装铁质部件发生磕碰造成凹坑 损伤，该缺陷在现有修理工艺中具有较强的隐蔽性。提出在叶片喷丸工序前增加表面质量检查，将叶片转运 工装用材料由木质和铁质部件结合改为整体塑料成型，以避免类似故障的发生。     

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。     

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。     

尾流激振对转子叶片振动应力影响试验研究

利用一台单级风扇试验件,通过对零级导叶尾流参数和转子叶片振动应力的测量,研究了尾流激振强度及叶片振动应力的变化特性,分析了零导安装角和零导与转子之间的轴向间距对转子叶片振动应力的影响。试验结果表明:等转速线上随工况点向失速边界移动时,零导总压损失系数急剧上升,转子叶片振动应力不断增大;打开零导安装角或减小零导与转子之间的轴向间距均能增大下游转子叶片的振动应力。     

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。     

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。     

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。     

烟气轮机叶片失效分析

分析了烟气轮机叶片失效原因,对叶片裂纹,断口,组织及成分分析的结果表明,叶片失效属共振和冲刷穿孔导致的高周疲劳破裂;叶片涂层结构,组织缺陷分布以及烟气硬粒子是降低叶片使用寿命的重要因素。     

卧式双轮混流式水轮机转轮强度分析

将流体动力学分析软件CFD与有限元软件ANSYS相结合,对挪威Borregarrd Trlandsfoss水电站机组的卧式双轮混流式水轮机转轮在额定工况和最大载荷工况下的强度进行了静力分析,并计算出了其应力和位移分布情况。结果表明,两种工况下,叶片出水边与上冠连接处均出现了非常明显的应力集中;最大等效应力均出现于转轮叶片出水边与上冠连接处,此处易产生疲劳破坏;最大位移均出现于下环处,即对振动较敏感的部位。     

汽轮机外环高效切削稳定性研究

针对汽轮机外环加工中的切削振动和刀具破损问题，进行马氏体不锈钢铸件数控加工切削层参数与切削力变化规律研究，建立切削力预报模型，提出控制汽轮机外环铸件数控加工切削力载荷变化幅度，实现高效稳定切削的方法。结果表明：受马氏体不锈钢铸件状态影响，外环数控加工切削层参数与切削力处于非稳定状态；依据切削力变化幅度约束条件，按刀具切削运动方向规划背吃刀量，汽轮机外环加工中切削力变化引起的振动和刀具破损得到有效抑制，切削稳定性和加工效率得到明显改善。     

汽轮发电机组轴系扭振引起的叶片响应计算

提出了汽轮发电机组轴系扭振及叶片切向振动的连续质量模型,在此基础上分析了叶片运动的轴系扭振的影响,给出了轴系扭振引起叶片响应的计算方法,并对实际机组在两相短路时进行了数值计算,结果表明,由轴系扭振引起的叶片应力对叶片的安全性分析是不可忽视的,图3参4。     

水介质中尾部锯齿结构叶片数值计算

为了验证将空气动力学中翼型部件采用的锯齿形尾部结构引入到水力机械翼型部件中的可行性,建立了NACA0012型对称型叶片的几何模型,并在此基础上建立了尾部带锯齿的NACA0012型叶片修改模型,利用数值计算方法计算了在入流速度10 m/s下带锯齿与不带锯齿的NACA0012型叶片在0°及10°攻角下的流场数据及压力脉动数据。计算结果表明,锯齿形边缘结构在攻角为10°时能有效减小叶片尾部、背水面的脱流及尾迹中的漩涡和流场中的水力振动,锯齿结构改善叶片水力性能效果显著;而攻角为0°时流场中水力振动轻微增加。由此说明,锯齿结构可起到改善水介质中翼型部件水力特性的作用。