燃气轮机拉杆转子的轮盘结合面接触模型研究

为建立更加准确的燃气轮机拉杆转子的有限元模型,对拉杆转子轮盘结合面接触的力学模型进行研究。采用弹簧单元来模拟轮盘结合面的接触,基于结合面改进接触模型,获取结合面法向接触刚度-预紧力关系拟合曲线:随着结合面法向载荷的增大,其接触刚度也在逐渐变大,但是法向载荷超过一定值后,继续增大,接触刚度的增长趋势放缓。根据拟合曲线,得到设计预紧力下对应的接触刚度值,建立了考虑轮盘接触效应的某型燃气轮机拉杆转子有限元模型。结合传统有限元模型,比较临界转速计算结果:两种模型的前2阶临界转速基本相当,相对误差都小于1%;两者的第3阶临界转速相对误差相对较大,为1.66%;改进的有限元模型更真实的反映了某型燃气轮机拉杆转子的轮盘接触状态。     

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。