汽轮机带冠叶片阻尼减振动力学特性研究

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本文主要研究了汽轮机带冠叶片的阻尼减振动力学特性,采用有限元模拟仿真和实验相结合的方法,着重分析了不同带冠叶片阻尼结构参数对碰撞减振以及摩擦减振两种减振方式的影响规律,对带冠叶片阻尼减振结构的优化设计思想和方法进行了初步探索。根据汽轮机叶片的特点,借助3D建模软件Solidworks建立了不同长度的带”Z”型叶冠的叶片实体模型,借助有限元分析软件ALGOR,计算了带冠单、成组和整圈叶片的固有振动特性,着重分析了冠间间隙对成组和整圈叶片固有频率和振型的影响;同时还计算了带冠叶片组非线性接触的阻尼振动动力响应,分析了冠间间隙、冠间接触角、接触面摩擦系数、冠间接触刚度和激振力大小对带冠叶片碰撞减振动力学特性的影响规律;并选取冠间间隙和接触正压力这两个参数,对比分析了中等长度直叶片和长扭叶片碰撞减振与摩擦减振效果;提出了一种计算长扭带冠叶片冠间接触紧度的理论分析模型,研究了冠间间隙、冠间接触角和温度场对带冠叶片接触紧度的影响。设计了一套可用来测试带冠叶片阻尼减振动力响应的实验系统,该实验系统可实现叶片冠间间隙和初始正压力的调节。利用该实验系统对带冠叶片一阶弯曲振动动力响应进行了测试,分析了冠间间隙、冠间接触角、冠间初始正压力和激振力对碰撞减振效果或摩擦减振效果的影响规律,并进行了对比分析,结果表明:对带冠叶片阻尼结构参数冠间间隙、冠间接触角和冠间初始正压力进行优化设计是切实可行的,验证了有限元计算结果的正确性,为带冠叶片阻尼结构的优化设计奠定了基础。最后,论述了不同长度的带冠叶片阻尼减振方式选取的原则,提出了碰撞振动时的最佳冠间初始安装间隙和摩擦振动时最佳冠间初始间隙的参考方法和设计思想,研究结果对实际带冠叶片阻尼减振结构的优化设计具有一定的指导作用;同时对带冠叶片的设计和安全可靠运行有着重要的工程应用价值。
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