科氏力对高速旋转汽轮机叶片动态特性的影响

采用解析的方法,建立了高速旋转汽轮机叶片中科氏力和科氏动应力的计算模型.该模型克服了以往在叶片动态特性分析时难以考虑科氏力影响的问题,导出了科氏动应力和非稳态气流动应力比值的计算公式以及科氏力和离心力比值的计算公式,并进行了实例分析.计算结果表明,科氏力对叶片轴向振动和扭转振动的固有频率没有影响,对切向振动的影响很小,可以忽略不计;科氏力所产生的动应力不到非稳态气流动应力的1%.

成组叶片振动特性的三维数值模拟及实验研究

采用三维8节点非协调单元,建立了成组叶片振动特性计算的三维有限元模型.该模型考虑到成组叶片位移约束的周期对称性,引入了斜边界条件和斜坐标系统来处理成组或整圈叶片的约束条件,从而可以准确地计算出三维复杂形状叶片组在动、静状态下的固有频率和振型.利用该方法对实例进行了计算,同时又在高速动平衡实验室进行了实验验证.计算结果和实验结果对比表明,用该方法计算的叶片振动特性精度较高,为计算复杂几何形状叶片组的振动特性提供了一种有效的手段.

叶片组轴向模态共振失效的理论与实验研究

为了找出叶片的失效机理及解决的办法,利用金相、扫描电镜等分析手段,从宏观和微观的角度对叶片及断口进行了观察和分析;用三维有限元法和实验方法对其振动特性进行了研究。分析得出:造成叶片开裂是由于叶片组第2类轴向振动模态和喷嘴叶栅出口气流不均匀引起的激振力频率发生共振,导致叶片高周疲劳造成的。叶根齿表面加工粗糙是裂纹起裂的一个重要诱发因素。采用不改变叶型,仅调整叶片组中的叶片数,成功地实现了叶片的改型设计。该研究表明:叶片组的第2类轴向振动模态同喷嘴激振力共振是危险的,应该避免。调整叶片组中的叶片数是调整叶片组轴向固有振动模态的一个有效方法。