周向拉杆转子轮盘端面齿接触应力分析

轮盘端面齿具有刚度大、自对中性能,在重型燃气轮机拉杆转子连接和传扭中起到重要作用。基于某周向拉杆转子模型,从理论上分析轮盘端面齿连接段在预紧力和扭矩作用下的齿面应力,用冲压模型来模拟齿面接触应力分布,并采用三维有限元非线性接触算法,计算轮盘端面齿连接在额定预紧力和扭矩载荷下的应力分布,说明冲压模型的正确性,所得结论可为转子轮盘端面齿强度分析提供计算方法。     

拉杆转子轮盘结合面接触传热试验研究

为了研究分布式拉杆转子在不同拉杆预紧力和轮盘表面粗糙度影响下轮盘结合面接触传热特性,建立了分布式拉杆转子轮盘结合面接触热阻分形模型,对拉杆转子进行了热力学计算。设计搭建拉杆转子轮盘结合面接触传热特性试验台,测量了拉杆转子温度场随拉杆预紧力和轮盘表面粗糙度的变化。结果表明:结合面接触传热系数随着拉杆预紧力增大而增大,随着轮盘表面粗糙度的增大而减小,并验证了结合面接触热阻分形模型适用于分布式拉杆转子轮盘结合面接触传热特性分析。     

分布式拉杆转子轴向预紧力的确定

研究了分布式拉杆转子在考虑轮盘间接触效应时轴向预紧力的确定方法。分析了拉杆转子在不同工况下的转子最大等效应力,轮盘结合面最大、最小法向接触应力及转子弯曲刚度随拉杆预紧量变化的规律。结果表明:随着转子轴向预紧力的增加,转子能够传递更大的载荷,其弯曲刚度、固有频率与连续体的偏差更小,但转子的最大等效应力显著增加,材料的强度裕度显著降低。根据得到的拉杆转子最大等效应力结果、接触面法向应力分布、转子弯曲刚度结果及转子自由模态频率结果,确定了转子合适的轴向预紧力。当转子承受100 k N的切向载荷时,转子合适的预紧量范围为拉杆总长的7/10000—13/10000。     

分布式拉杆转子轮盘结合面接触热阻建模与分析

改进了结合面接触热阻分形模型,使其更适用于分布式拉杆转子轮盘结合面接触热阻的研究。通过理论计算和仿真分析,直观地揭示了轮盘结合面接触传热系数与拉杆预紧力、轮盘表面粗糙度及结合面温度的变化规律。研究结果表明,结合面接触传热系数随着拉杆预紧力增大而增大;随着轮盘表面粗糙度的增大而减小;随着结合面温度的上升先增大、后减小、再增大,但总体上呈增大趋势。同时表明,拉杆转子轮盘结合面接触热阻会对拉杆转子的整体温度场分布及热流传递产生重要影响,精确求解拉杆转子温度场分布及变化时必须考虑轮盘结合面接触热阻。     

应变能理论在端面齿连接段刚度的应用方法研究

端面齿应用在重型燃气轮机拉杆转子轮盘连接中是重要的传扭部件.对于特殊齿形结构的端面齿连接段刚度,很难通过传统工程方法得到.针对真实某型燃气轮机轮盘端面齿结构,提出端面齿连接段模化方法.基于有限元软件ANSYS,采用ANSYS ICEM建立三维周期对称有限元接触模型和整体模型,运用有限元方法和应变能理论,提出拉伸刚度修正系数和扭转刚度修正系数以表征端面齿不连续连接段刚度.考虑实际机组的运行工况,采用三维有限元计算在不同预紧力和扭矩下的应变能,得到拉伸刚度修正系数和扭转刚度修正系数.所得结论可为燃气轮机拉杆转子模化提供理论依据和方法.     

燃气轮机拉杆转子有限元模型研究及临界转速计算

现代燃气轮机转子主要为拉杆转子,其形式分为中心单根或周向多根拉杆.无论哪种形式,拉杆转子已经不再是连续结构,轮盘之间的接触面将对转子动力学特性产生影响.首先分析了拉杆转子的受力情况,然后考虑接触面接触刚度对转子动力特性的影响,对传统的有限元方法进行了改进,并编写了相应的计算程序.最后计算了光轴、一对接触圆盘算例和某型真实燃气轮机拉杆转子的临界转速,并分别与传统有限元方法、三维有限元方法和测量值进行比较,验证了该改进有限元模型的正确性和有效性.     

分布拉杆转子动力学建模与分析

通过接触力学建立了分布拉杆转子轮盘间接触的等效弯曲刚度的表达式,进而分析了等效弯曲刚度随偏转角和拉紧力的变化规律;同时将等效弯曲刚度添加到拉杆转子模型中并进行数值仿真,进而得到分布拉杆转子临界转速随等效弯曲刚度的变化趋势。研究结果表明:等效弯曲刚度与转角间并不始终是线性关系,当转角达到某一值后,等效弯曲刚度随转角变化呈指数式变化;同时拉杆转子随拉紧力的增加,临界转速增加较多。     

某重型燃气轮机临界转速计算方法研究

提出了适用于拉杆形式重型燃气轮机组转子动力学计算的一维模型简化方法。基于ANSYS的梁单元,建立了某重型燃气轮机转子的一维有限元模型,模型中考虑了接触效应对转子刚度的影响,并对该转子轴承系统临界转速进行了计算分析。还采用了二维广义轴对称单元模型进行了相关计算,作为对一维简化方法的验证。最后,进行了重型燃机整机现场振动数据采集,取得了临界转速的实验值,有限元计算结果与实验值吻合程度良好。     

碰摩拉杆转子非线性动力学响应特性

对定点碰摩故障状态下拉杆转子的非线性动力学响应特性进行了研究.将轮盘之间的非线性接触特性等效为具有非线性抗弯刚度的弹簧,基于达朗贝尔原理建立了考虑轮盘之间非线性接触特性、非线性油膜力以及碰摩力作用的拉杆转子轴承系统运动方程,并采用数值积分方法对运动方程进行求解,分析了系统位移响应随轮盘的转速和碰摩刚度等参数变化的规律.结果表明:轮盘之间的非线性接触对系统位移响应特性影响较大;随着轮盘转速的升高,系统呈非线性特性;碰摩刚度是影响拉杆转子轴承系统运动状态的重要因素,若增大碰摩刚度,系统的运动状态将发生改变.     

双跨转子系统的临界转速影响因素分析

建立双跨转子系统模型,利用Ansys软件进行转子临界转速计算,并与理论计算结果比较,以保证结果的正确性。用有限元软件分析研究了支承变化、轮盘变化以及联轴器变化3种影响因素对双跨转子系统临界转速的影响。结果分析表明：在转子上增大支承刚度会增大双跨转子的临界转速,而在支承位置的偏移中,两段转子的临界转速表现出不同的变化趋势。增大转子上的轮盘质量,双跨转子的临界转速减小,偏移转子上的轮盘位置,双跨转子的临界转速增大。增大联轴器的刚度,双跨转子的临界转速增大,联轴器的位置处于中心时,临界转速最大,向两边偏移,临界转速减小。为汽轮机转子系统设计和处理汽轮机运行过程中由于结构数据变化引起临界转速改变提供参考。     

基于应变能理论的端齿弯曲刚度及其转子动力学特性影响研究

应变能理论在多载荷条件或复杂模型的弯曲刚度计算方面具有重要意义,对转子系统动力学研究也具有一定指导作用。通过燃气轮机转子轮盘端齿的几何参数关系,构建端齿的参数化模型。在此基础上采用三维有限元计算与应变能理论相结合的方法,分析了端齿的弯曲刚度特性,结果与文献中结果吻合较好。研究了端齿弯曲刚度损失比例与发生损失的位置对转子模态特性的影响规律,结果显示,随着端齿弯曲刚度损失的增大,转子临界转速呈现加速下降的趋势,且靠近转子前支点的1级端齿对转子系统刚度与模态特性的影响最大。     

某燃气轮机第三级轮盘接触应力分析

目前国内对重型燃气轮机盘式拉杆组合转子的研究还非常鲜见。相比传统蒸汽轮机的连续整段转子,重型燃机组合转子的3D应力应变分析必须追溯到转子的装配过程。此外盘式拉杆转子还存在大量接触问题,这进一步增加了分析计算的难度。本文采用大型有限元分析软件ABAQUS对在运行中发生故障的某重型燃机压气机的第三级轮盘和拉杆进行了接触应力分析。计算结果与实际情况吻合较好。根据分析结果对轮盘的起裂原因、裂纹型式和裂纹面形状做了推测。     

考虑陀螺效应的增压器转子动力特性分析

借鉴对称矩阵的子空间迭代法思想,将辛子空间迭代法应用于增压器系统,以某增压器转子为例,充分考虑涡轮增压器的特殊性,建立了涡轮增压器转子的有限元模型,并在计算模型中综合考虑了轮盘的陀螺力矩,转动惯量、支承和轴套等因素,分别计算了增压器转子在不同支承刚度下临界转速、振型的变化趋势,分析了支承刚度对增压器转子动力学特性的影响.计算结果表明:改变支承刚度可以有效地调整该增压器转子的临界转速,但对转子各阶临界转速振型影响不大.     

燃气轮机转子裂纹扩展及刚度特性研究

燃气轮机转子工作环境恶劣,转子结构易出现裂纹故障,为了解决燃气轮机转子裂纹难以被识别的问题,以某型燃气轮机高压转子为研究对象,通过三维建模以及ABAQUS仿真模拟其工作状态。首先,对易产生裂纹的位置进行了仿真计算;然后,在转子三维模型中对易产生裂纹的位置预置大小不同的裂纹模型,得到转子裂纹拓展情况;最后,在裂纹拓展后的转子模型上施加一定载荷,测量转子在不同裂纹状态下的拉压刚度、扭转刚度以及弯曲刚度。结果表明：某型燃气轮机高压转子的高压涡轮封严轮盘区域易出现裂纹故障,且转子刚度伴随裂纹增大呈下降趋势。     

螺栓预紧力对大型双排四点接触球轴承载荷分布的影响

通过采用超单元法模拟滚珠-滚道接触,用等效梁法模拟螺栓,得到大型双排四点接触球轴承有限元简化模型,再与不加螺栓有限元算法以及理论算法对比,验证该模型的正确性,并利用此方法分析螺栓预紧力对轴承载荷分布的影响。研究表明:随着均布螺栓预紧力的增加,滚珠-滚道最大接触载荷先降低后小幅增加;非均布螺栓预紧力使滚珠-滚道接触载荷波动加剧;内、外圈螺栓预紧力差异使上、下排滚珠-滚道接触载荷差异增大。     

拉杆结构非线性接触的刚度融合修正方法

为建立更加准确的航空发动机高压转子的有限元模型,对表征高压转子拉杆结构中盘与盘之间接触的力学模型进行研究,引入包含库伦摩擦力的非线性弹塑性滑动模型对该类接触进行描述。提出弹簧刚度矩阵和有限元模型整体刚度矩阵的融合修正方法,建立了有限元刚度的整体优化模型。运用拉直算子将模型中需要修正的参数分离出来,结合实验模态参数对有限元模型刚度进行了修正。以实际航空发动机高压转子为例,通过与线性模型的修正结果比较,证明该模型准确描述了拉杆结构的复杂接触,且融合算法是可行且有效的。     

温度场对燃气轮机拉杆转子临界转速的影响

对某B型燃气轮机拉杆转子建立整体简化计算模型,在自由-自由支承状态下前三阶固有频率有限元计算值与实物模态测试值误差均小于3.5%,说明用整体模型作动力学分析可行.基于传热学理论,用有限元法求解了该燃机转子的稳态温度场.计及稳态温度场后该燃机前三阶临界转速的计算值均在其对应的运行实测值范围内.文中还给出了B型燃机总支承刚...     

重型燃气轮机转子结构及动力学特性研究综述

分析了典型的重型燃机轮机转子的结构特点和各种拉杆式转子的结构优缺点,重点阐述了拉杆式转子中的轮盘平面接触界面和端面齿接触界面的刚度模型及其对转子动力学特性的影响,以及阻尼环对中心拉杆动力学特性的影响及其与转子本体的耦合动力学特性.最后,介绍了拉杆式转子发生故障时的转子动力学特性,并提出了需要进一步研究的问题.     

燃气轮机中心拉杆式转子临界转速计算方法——子结构传递矩阵法

燃气轮机一般都具有复杂结构的转子-支承系统,其转子的临界转速无法用常规的传递矩阵法或Riccati传递矩阵法进行计算。本文用子结构传递矩阵法对一种复杂的具有中心拉杆结构的转子-支承系统进行了临界转速计算与分析,并将计算结果与试验数据进行了对比,证明子结构传递矩阵法可以解决这种复杂结构的转子-支承系统的临界转速计算问题。     

汽轮机轮盘质量及位置对转子临界转速影响试验研究

汽轮发电机组在临界转速时转子的振幅急剧增大,造成动静之间碰摩,给机组带来一定的危害。转子临界转速的计算方法多种,但是往往计算结果与实际误差较大。通过伯德图法、频谱分析法和李莎茹图法进行转子临界转速测量,实验结果显示3种方法所测结果基本一致,并确定选取伯德图法测量转子临界转速较为准确;通过改变转子上轮盘的质量和位置变化,利用伯德图进行转子临界转速测量,得出随着质量的增大转子临界转速会减小,在偏离转子中心位置较远处影响不大;相同质量情况下,轮盘偏离转子中心越远,转子临界转速增加得越快。该试验结论可指导工程实践,对现场临界转速的计算、仿真和实验起到一定的借鉴作用。