大功率工業汽輪機末級整圈自鎖葉片的振動模態計算方法
2023-08-04 05:08:16 1
專利名稱：大功率工業汽輪機末級整圈自鎖葉片的振動模態計算方法
技術領域：
本發明涉及工業汽輪機領域，尤其是一種大功率工業汽輪機末級整圈自鎖葉片的振動模態計算方法。
背景技術：
汽輪機是將水蒸汽的熱能轉化為機械能的動力設備。工業汽輪機是主要用於拖動給水泵、壓縮機等工業領域的驅動設備，其特點為變工況複雜、轉速變化範圍大等。隨著科學技術的發展，工業汽輪機也是朝著大容量大功率方向發展，而末級葉片的優略制約著單機功率的擴大。同時，葉高加大、轉速的提高對葉片的安全性提出了嚴重的挑戰，葉片強度與振動特性直接影響到汽輪機運行可靠性。現國內外末級長葉片普遍採用葉片頂端自帶圍帶，中間帶有凸臺的整圈自鎖葉片。如圖1、圖2.圖3、圖4所示，具有葉身1、葉根2、葉根葉身中間體3、凸臺4和圍帶5組成。葉片組在安裝狀態時相鄰凸臺之間、圍帶之間留有一定的初始間隙，當汽輪機運行時依靠離心力反扭矩相鄰圍帶與凸臺進入接觸，到一定轉速後鎖緊形成整圈自鎖結構。這種阻尼結構葉片增加了系統剛度，改變調頻階數，同時也減小了葉片應力，其具有很高的結構阻尼因此減小動應力，相對於自由葉片由於葉片間相互自鎖使靜應力也降低，同時葉頂的自帶圍帶也降低了漏汽損失，所以它代表了目前長葉片的發展方向。這類整圈自鎖長葉片在大型電站汽輪機中已有較為成熟的應用，但在在工業汽輪機中應用極少。更者，針對這種葉片的強度振動有限元計算方法而言，一般是採用局部節點耦合方法，根據強度計算後的接觸面積和接觸壓力來確定耦合的節點的部位和範圍，其缺點是耦合後就將部分節點鎖死，因此體現不了接觸剛度大小和相對滑移的阻尼特性。
發明內容
本發明的目的是為了解決上述技術的不足而提供一種操作簡單，計算合理有效的大功率工業汽輪機末級整圈自鎖葉片的振動模態計算方法。為了達到上述目的，本發明所設計的大功率工業汽輪機末級整圈自鎖葉片的振動模態計算方法，首先計算了一組葉片的強度，得到葉片的扭轉恢復角；然後再在兩隻葉片的圍帶間添加一塊「正交各向異性」材料，調整彈性模量E與剪切模量G的數值，重新計算葉片在離心力作用下的強度，使葉片的扭轉恢復角與之前算的一致；最後，根據這個參數值來計算大功率工業汽輪機末級整圈自鎖葉片的振動模態。本發明所得到的大功率工業汽輪機末級整圈自鎖葉片的振動模態計算方法，有效探索了整圈自鎖葉片的振動機理，提出了一種相對科學的有限元振動模態計算方法。用正交各向異性材料來模擬葉片間的非線性接觸特性，計算方法操作簡單、合理有效。另外，還可以對比實驗數據，靈活地運用調整此「正交各向異性」材料的彈性模量E與剪切模量G，讓修正了的計算方法更加貼近實際運行情況，增加安全可靠性。
圖1為本發明的葉片的主視圖；圖2為本發明的葉片的側視圖；圖3為本發明的圍帶之間的相互關係；圖4為本發明的凸臺之間的相互關係；圖5為本發明的正交各向異性材料示意圖。
具體實施例方式下面通過實施例對本發明作進一步的描述。實施例1:本實施例描述的大功率工業汽輪機末級整圈自鎖葉片的振動模態計算方法，首先計算了一組葉片的強度，得到葉片的扭轉恢復角；然後再在兩隻葉片的圍帶間添加一塊正交各向異性材料6，調整彈性模量E與剪切模量G的數值，重新計算葉片在離心力作用下的強度，使葉片的扭轉恢復角與之前算的一致；最後，根據這個參數值來計算大功率工業汽輪機末級整圈自鎖葉片的振動模態。
權利要求
1.一種大功率工業汽輪機末級整圈自鎖葉片的振動模態計算方法，其特徵是:首先計算了一組葉片的強度，得到葉片的扭轉恢復角；然後再在兩隻葉片的圍帶間添加一塊「正交各向異性」材料，調整彈性模量E與剪切模量G的數值，重新計算葉片在離心力作用下的強度，使葉片的扭轉恢復角與之前算的一致；最後，根據這個參數值來計算大功率工業汽輪機末級整圈自鎖葉片的振動模態。
全文摘要
本發明所設計的一種大功率工業汽輪機末級整圈自鎖葉片的振動模態計算方法，首先計算了一組葉片的強度，得到葉片的扭轉恢復角；然後再在兩隻葉片的圍帶間添加一塊「正交各向異性」材料，調整彈性模量E與剪切模量G的數值，重新計算葉片在離心力作用下的強度，使葉片的扭轉恢復角與之前算的一致；最後，根據這個參數值來計算大功率工業汽輪機末級整圈自鎖葉片的振動模態。其提出了一種相對科學的有限元振動模態計算方法。用正交各向異性材料來模擬葉片間的非線性接觸特性，計算方法操作簡單、合理有效。另外，還可以對比實驗數據，調整此「正交各向異性」材料的彈性模量E與剪切模量G，讓修正了的計算方法更加貼近實際運行情況，增加安全可靠性。
文檔編號G01H17/00GK103105229SQ201310036320
公開日2013年5月15日 申請日期2013年1月29日 優先權日2013年1月29日
發明者張軍輝, 孫義岡, 孔建強, 陳金銓, 丁旭東, 徐旭嶺, 隋永楓 申請人:杭州汽輪機股份有限公司