汽轮发电机组转子—轮盘—叶片系统耦合扭转振动研究

在传统的汽轮发电机转子系统强度及振动计算中,转子,叶片是分开考虑的,忽略了相互间的耦合作用,随着大扭曲长叶片的普遍采用,进行精胡的转子－轮盘－叶片耦合拓动分析对防止叶片,轮盘,转子事故已很有必要,本文提出了一种转子,轮系耦合扭转振动的分析方法,将耦合系统分为主部件转子和分支部件轮盘－叶片系统,分支部件的各阶模态可简化为等效的质量－弹簧系统,这样可以将原来大规模耦合振动系统降阶为低阶等效的小规模耦保系统,进而求出其频率和振型。     

燃气轮机失调叶盘系统的振动特性分析

叶片 /轮盘系统的周期对称性经常由于制造、材料 ,以及非均匀磨损和其它因素而被破坏 ,引起系统出现失调现象 ,表现为叶片结构特性的微小变化可能导致叶片振幅和响应的急剧增大。利用有限元通用程序的子结构技术 ,建立失调叶片 /轮盘耦合系统三维有限元模型 ,对一个有 1 6个叶片的叶片 /轮盘耦合系统进行了振动特性计算分析 ,给出了叶片分散度和耦合度对振动特性的影响。     

某燃气轮机叶片-轮盘耦合振动特性研究

首先介绍了循环对称结构固有特性的计算方法,在此基础上建立了叶片-轮盘耦合系统振动固有特性计算分析模型,并利用大型通用有限元分析软件ANSYS对某燃气轮机叶片-轮盘耦合结构进行分析计算。最后根据分析结果总结概括了叶盘耦合系统的振动特点,为其寿命及可靠性计算提供了数值依据。     

汽轮发电机组转子-轮盘系统的动力分析

转子-轮盘系统是汽轮机的关键部件,以往在对其进行耦合振动分析时,动力学模型非常复杂,公式繁琐,难以求得解析解。采用等效的方法,对质量、转动惯量、质心及惯性矩进行等效,将复杂的汽轮机转子-轮盘-叶片系统等效为简单的转子-轮盘系统模型,将原来的大规模耦合振动系统降阶为低阶等效小规模耦合系统,进而求出其频率和振型。     

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。     

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。     

汽轮机长叶片弯曲与轴系扭转耦合振动研究

为了研究汽轮机轴系扭转振动过程中长叶片弯振与轴扭振之间的耦合影响,参考某汽轮机轴系以及末级叶片的结构和材料数据,分别建立了3种有限元模型:叶-盘模型、简化轴系模型和带一级末级叶栅的叶-轴耦合模型,分析了这3种模型在静止和工作转速下的模态振动特征.结果表明:在叶-轴耦合模型中存在叶片模态、轴振模态和耦合模态3种不同的振动模态,这些模态体现了叶片弯振对轴系扭振的影响;受轴系扭振影响,叶-轴耦合模型中叶片的振动特性与叶-盘模型中相比存在一定的差别,但这种差别并不显著;从叶片安全角度考虑,设计时应同时考虑叶片静频和动频,并以叶片振动特性为基础,着重考虑叶-轴耦合时的振动特性,以避开工频波动可能带来的危害.     

基于Jeffcott理论等效叶片组的叶盘模型建模方法及分析

转子系统建模时叶片与轮盘的耦合关系导致矩阵方程阶数过高,难以解析,通常情况下采用直接将叶片等效为附加转动惯量,再将叶片-轮盘作为刚性圆盘整体的方法,但是这种建模方法在高转速、长叶片的情况下会割裂叶片与转子之间的能量耦合关系,导致模型误差急剧增大。在考虑叶片与轮盘耦合的情况下,以一阶临界转速及模态近似为等效准则,将有限元模型中的周向环绕叶片组等效为正交各向同性的刚性圆环,并通过理论推导和计算得到等效后轮盘半径与原始叶片-轮盘模型之间的关系,并进行了ANSYS仿真对比。结果表明：等效方法可在显著降低原始叶片-轮盘模型自由度的同时保证等效模型的可靠性。     

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。     

透平机械整圈自由叶片的随机失谐振动特性研究

首先建立了失谐叶片-轮盘的数学模型,以模态综合法为基础给出了失谐叶片-轮盘的模态问题计算方法;并利用某压气机叶片-轮盘对该方法进行了验证。与ANSYS软件对比,前300阶固有频率最大偏差为0.62%,在计算区间的位移响应最大偏差为3.45%。然后研究了标准差为0.01的随机失谐现象,最大位移幅值响应曲线的带宽从谐调时的2Hz左右扩展为10Hz左右,振动出现了明显的局部化现象,表明失谐容易使叶片过早出现高周疲劳,严重影响了叶片的安全性。本研究获得的随机失谐自由叶片振动特性分析结论,可以为整圈叶片在实际气流激振力作用下的振动安全性考核提供参考。     

基于流固耦合的风力机塔筒动态特性分析

塔筒动态特性分析对风力发电机的振动设计起着关键作用。文章以1.5 MW风力发电机塔筒为研究对象,将叶片旋转和随机风载荷作为载荷输入条件,建立风力机塔筒叶片旋转载荷模型、流固耦合风载荷模型、结构动力学方程,分析计算得到随机载荷下叶片旋转和风载共同作用时,风力机塔筒动态特性评估方法。     

大型风力机风轮气动不平衡的特性研究与验证

为了研究和探索风轮气动不平衡的物理特性,以某2.0 MW三叶片水平轴风力机为研究对象,采用计算机仿真及试验相结合的方法,研究风轮气动不平衡对机组动力学特性、气动性能及气动载荷的影响研究。通过气动特性分析和动力学分析表明,随着风轮叶片安装角的不平衡度增大,其机组性能逐渐下降,塔顶的载荷波动逐渐增大,叶片的挥舞载荷出现明显差异,机舱振动加速度变大。对塔顶振动加速度进行快速傅里叶变换分析,出现明显特征变化。研究过程表明,监测机舱振动加速度和机组功率曲线能有效识别机组气动不平衡程度。     

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。     

基于升力线理论的大型风力机气弹响应研究

针对风力机不断向大型化发展的趋势,导致结构柔度增加,气弹耦合特性和振动增强,研究了大型风力机高效精确的气弹响应分析方法。为了更准确模拟大型风力机气流沿叶片展向的三维流动现象,采用螺旋尾涡升力线模型代替传统叶素动量理论,建立了叶片气动载荷分析模型,进而结合风力机多体系统动力学模型,构建了机组的气弹耦合动力学方程和数值求解方法。以某10 MW风力机叶片为例,研究了稳态风况下不同风速的叶片气动性能,以及有效攻角、切向力等沿叶展方向的分布特点,并与采用修正叶素动量理论的气弹分析程序（HAWC）对比,结果表明,升力线理论无需引入经验修正模型即能获得叶素动量理论经修正后的分析精度。最后,通过非稳态风况下风力机的气弹响应分析,证明本文方法对大型风力机气弹耦合分析的有效性和准确性。     

基于旋转软化的风力发电机叶片动力学研究

在考虑旋转软化效应的条件下,研究了风力发电机叶片在不同转动状态下的挥舞、摆振、扭转及耦合振动.结果表明:叶片各阶振动频率随转动速度的增大而增大,旋转软化导致振动频率相应降低;旋转软化对低频摆振的影响很大,对其他振动模态影响较小.随着旋转速度的变化,叶片各阶振动频率的变化幅度也不同,会导致相互之间的耦合振动.耦合振动时,扭转振动模态中含有挥舞振动模态,挥舞振动模态中又含有扭转振动模态.耦合振动具有更大的破坏性.     

X型叶片水轮机水力特点及全三维数值模拟

X型叶片为先进水轮机设备的关键部件,对其水力特性研究很有必要。以新疆某水利工程为例,在联合坐标系下对低水头大变幅X型叶片水轮机流动进行了CFD计算,得到了蜗壳、座环、活动导叶、转轮和尾水管等过流部件的压力分布和速度分布特性,计算结果表明,X型叶片水轮机在设计水头至最小水头大流量条件下更易发生空蚀破坏,而在最大水头小开度条件下尾水管脉动压力变幅较大,振动问题突出。     

风电机组柔性叶片在刚柔耦合作用下的非线性振动研究

文章考虑了叶片的刚柔耦合作用,利用仿真技术对某5 MW风电机组柔性叶片进行了非线性振动特性分析,揭示风力机叶片振动时的相互耦合规律。以风电机组刚柔耦合动力学效应为基础,对风电机组在多载荷耦合作用下,结合柔性叶片变形基本原理,探索风电机组刚柔耦合系统动力学参数变化规律。结果表明,叶尖出现位移的偏移量为17 mm,叶根的偏移量较小,保持与轮毂的刚性连接,该结论为风电机组的状态监测与稳定运行提供了参考。     

大型风力机叶片模态测试与分析

利用建成的大型风力机叶片的振动特性分析装置,用测力法和不测力法对风力机叶片进行模态试验及分析,测试了风力机叶片的模态参数（固有频率、阻尼和振型）,得到了叶片的振动特性。采用共振法将偏心电机和变频器连成一体作为激励源测试了叶片的固有频率,实验验证了单叶片的危险运行频率。对大型风力机叶片模态试验及分析提供了可靠的实验装置和试验方法,对风力机叶片动力学特性分析提供有力工具。     

具有温度场的冷却叶片振动特性计算方法研究

根据稳态热传导的相关理论,建立了透平冷却叶片温度场和热应力场的四面体三维有限元分析模型和方法,并在此基础上建立了透平冷却叶片振动特性三维有限元分析方法,开发了相关计算软件。对某航空发动机透平高压第1级冷却叶片在不同工作条件下的振动特性进行了计算分析,同时研究了热应力、温度场、转速等对叶片振动特性的影响,表明本文中所建立模型和方法是科学、合理和精确的,为开展透平冷却叶片的设计和振动安全性评价奠定了基础。