叶片频率计算方法研究

第56卷第4期2014年8月汽轮机技术TURBINETECHN0LOGYV0156NO4AUG2014叶片频率计算方法研究薛海亮，关明臣，马义良，赵英英哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨150046摘要采用有限元法模拟计算汽轮机中短叶片的整圈频率时，可能遇到计算模型无法形成整圈的情况。尝试采用叶片围带穿拉筋和设置围带接触面过盈的方法使计算模型形成整圈结构，并对已有的某级叶片测频结果进行对比分析，发现设置围带接触面过盈的方法能较好地反应叶片的整圈频率变化趋势。关键词汽轮机；叶片；整圈频率分类号TK2633文献标识码A文章编号10015884201404026102BLADEFREQUENCYCALCULATIONMETHODXUEHALLIANG，GUANMINGCHEN，MAYILIANG，ZHAOYINGYINGHARBINTURBINECOMPANYLIMITED，HARBIN150046。CHINAABSTRACTUSINGTHEFINITEELEMENTANALYSISTOSIMULATETHEFREQUENCYOFRINGBLADEOFTURBINE，MAYBEENCOUNTERTHESIMULATIONOFTHECOMPUTATIONALMODELCANNOTFORMTHEWHOLECIRCLETHISPAPERATTEMPTSTOUSETHEBLADESHROUDWEARSTRETCHANDSETUPAROUNDTHECONTACTSURFACEWITHTHEINTERFERENCEMETHODTOMAKETHECOMPUTATIONALMODELFORMINGTHEWHOLECIRCLEINADDITIONTOCONTRASTANDANALYZECERTAINBLADEHADMEASUREMENTRESULTSITSF0UNDTHATSETUPAROUNDTHECONTACTSURFACEWITHTHEINTERFERENCEMETHODCANBETTERREFLECTTHETRENDSOFTHEFREQUENCYOFTHERINGBLADEKEYWORDSTURBINE；BLADE；RINGFREQUENCY0前言随着汽轮机技术的不断发展，在汽轮机设计过程中会对出现的新问题采用新的方法进行分析和研究。以前对汽轮机动叶片进行设计时，一般将中短叶片设计成所谓的“不调频”叶片。近年来，随着某些中短动叶片出现断裂现象，经分析后发现可能是频率不合格引起的。采用常规算法对叶片进行整圈频率计算时，其计算结果和实际的测频结果对比差别较大。利用有限元软件对汽轮机动叶片进行整圈频率计算时，基本上能较好地模拟计算结果。但在对断裂的某些中短叶片进行有限元分析时，计算结果往往是单只叶片的频率值，无法模拟整圈叶片的频率。为此，本文尝试采用对叶片围带中心穿拉筋和设置围带接触面过盈的方法来探讨使叶片形成整圈连接。L有限元分析模型对某机组的中压末级叶片进行有限元频率分析，计算模型如图1所示。采用有限元软件ABAQUS对该叶片进行循环对称整圈频率分析，以下两种分析方法都是基于此。11围带中，穿拉筋围带中心穿拉筋，其中围带厚度为6MM，孔和拉筋直径都为3MM，如图2所示。图1叶片模型图2围带中心穿拉筋模型12设置围带接触面过盈围带为紧密接触没有间隙，没有如图2所示的拉筋和拉筋孔，其余同图2中的叶根和轮缘一样。2有限元分析21围带中心穿拉筋分析分别对模型各部分进行网格划分后，总体网格数量为79257，其中六面体所占比例为9972。围带接触面之间、收稿日期20130716作者简介薛海亮1980，男，硕士，工程师，现主要从事汽轮机叶片测频及有限元研究。262汽轮机技术第56卷拉筋与拉筋孔接触面之间、叶根与轮缘接触面之间都为高质量的六面体网格。211边界条件及载荷对叶根侧面施加周向约束，对轮缘底部施加固定约束。对整个模型分别施加3900RMIN、3880RMIN和3858RMIN的离心力，计算在不同转速下叶片的整圈模态。另外在只对轮缘底部施加固定约束时改变拉筋的弹性模量值，并计算不同弹性模量值下的整圈模态。212计算结果对叶根侧面施加周向约束和对轮缘底部施加固定约束表1所示。22围带接触面过盈分析在此分析中，围带和叶片工作部分网格划分为整体，叶根和轮缘部分网格不变。总体网格数量为69675，其中六面体所占比例为9964；围带接触面之间，叶根和轮缘接触面之间网格都为高质量的六面体网格。221边界条件及载荷对叶根侧面施加周向约束，对轮缘底部施加固定约束；在3900RMIN、3880RRAIN和3858RMIN的离心力作用下，对围带接触面之间施加不同的过盈值计算叶片的整圈模态。时的计算结果为M855921HZ；M957679HZ；M10222计算结果59477HZ。只对轮缘底部施加固定约束时的计算结果如计算结果如表2所示。表1围带中心穿拉筋计算结果表2围带接触面过盈计算结果过盈量围带接触压力3900RMIN过盈量围带接触压力3880RMIN过盈量围带接触压力3858RMINMMMPAM8HZNLILFLMPAM9，HZMMMPAM10，HZ00044144452447O0O56432560860OO8252560832000463004536850006L29456778OOO93O9L61753000484703544160007191572410OO943317622270【X】561554555O0O825O1585150OO983541633180OL361575390009306859165O013652645783分析结果与叶片实测动频率结果对比分析对该叶片进行动频率测量后得到的结果为M8520HZ；M9582HZ；M10643HZ。根据两种分析方法的计算结果，与实测结果进行比较分析。31围带中心穿拉筋从图3可以得到如下结论1计算值ABCD和E之间的趋势是大致相同的，由于叶根约束条件的不同，A、E计算差值平均约为20HZ左右；2计算值B、C、D和E之间，随着拉筋弹性模量的增大，其计算频率趋于一致；3实测值在M8M10之间频率变化趋势很大，而计算值的变化趋势较小，两者相差较大，模拟效果较差；4利用改变围带连接形式和拉筋弹性模量不能较好地反应叶片频率变化规律。32围带设置过盈量从上述表2中的计算值与实测值比较，得到如下结论1在计算3900RMIN的转速下整圈频率M8时，围带接触过盈量达到00044MM时才能形成整圈连接，此时的接触压力为1444MPA，计算频率与实测值相近，随着过盈量的增加，围带接触压力增大且计算频率上升并逐渐偏离实测值；2在计算3880RRAIN的转速下整圈频率M9时，围带接触过盈量达NO005MM时才能形成整圈连接，接触压力为6432MPA，随着过盈量的增加直到过盈量为0008RAM时才能与实测值对应上，此时的接触压力为25MPA；3在计算3858RMIN的惜骚图3围带中心穿拉筋计算结果转速下整圈频率M10时，围带接触过盈量达到001MM时才能与实测值对应上，此时的接触压力为3652MPA；4随着计算整圈叶片频率节径数的增加，要提高围带之间的接触过盈量才能使计算值能与实测值