（机械制造及其自动化专业论文）轴流式压缩机叶片动态特性分析及其减振结构研究.pdf

独 创 性 声明 本人所 呈交 的学位 论文是在 导师 指 导下进行 的研 究工 作及 取 得 的成果 。尽我所 知 ，除特别加 以标注 的地方外 ，论文 中不包含其他人 的研 究成果 。与我一 同工作 的同 志对本文的研究工作和成果 的任何贡献均 已在论文 中作 了明确 的说 明并 已致谢 。 本论文及其相关 资料若 有不实之处 ，由本人承担一切相关责任 论 文 储签 名 : 压止鲜; 0 / 0 年， 、;。 学位 论文使用授权声 明 本 人 而 、 、; 辉 在 导师 的指导下创作完成 学位论文 的知识产权 归西安理工大学 所有 ，本人 今后在使用 或发表 该论文涉及 的研 究 内容 时 ，会注 明西安理工大 学 。本人 作 为学位 论文著作权拥 有 者 ， 同意授权 西安理工大 学拥有 学位 论文 的部分使用权 (在 以下 “口 ”中标 明 ，同意 的划 “扩” ，不 同意 的划 “x ” ) ， 即 : 本 人 提 交 的 印刷版 和 电 子版学位论文 ， 口 学校可 以采用 影 印、缩 印或其他 复制手段保存 ; 口 学校可 以将 学位 论文 的全 部 内容编入 公开 的数据库进行检 索 ; 口 学校 可 以将 学位 论文 的摘要编入公开 的数据库进行检 索 ; 口 学校 可 以将 公 开 的学位 论 文或解 密 后 的学位 论 文作 为 资料 在 图书馆 、资料室 等 场 所及校 园 网上 供校 内师 生 阅读 、浏 览 。 本人 学位 论 文全 部或 部分 内容 的公布 (包 括 刊 登 ) 授 权 西 安 理 工大 学研 究生学 院 办理 。 (保 密 的学位 论文在 解 密后 ，适 用本授权 说 明 ) 论文作者签名 : 暮 鱼绝，办 、， 、 ， 日 摘要 论文题 目: 学科专业: 研 究 生: 指导教师: 轴流式压缩机叶片动态特性分析及其减振结构研究 机械制造及其 自动化 陈江辉 李德信 副教授 签 名 :叠 签 洲 匕丝 祷舟 摘要 叶片是轴流式压缩机 中最重要 的零件之一 ，压缩机运行 时，叶片的动静态特性直接 关系着整机 的运行安全 。本文 以某企业设计 、制造 的某型号轴流式压缩机 的一级动 叶为 研究对象 ，采用有 限元分析法对其静力学 、动力学特性进行 了分析 、研究 ，根据分析结 果对 叶片 的几何结构进行 了改进 。 针对叶片有 限元建模过程 中的几何模型建立 、几何模型导入 、网格划分等 问题进行 了研究，给 出了一套行之有效 的叶片有 限元模型建立方法 。该方法解决 了由 c a d 模型导 入有限元分析软件时的数据丢失 问题 ，网格划分方法保证 了高质量 网格模型的建立 。 对 叶片的约束方式进行 了研究 ， 确定 了更加合理 的约束方式 。 计算 了叶片在不 同工作 载荷下 的静态特性 ， 得到 了其应力 分布和变形规律 。结果表 明叶片高应力 区域位 于桦 齿及 其 圆弧过渡处 ，并且发现在这些位置存在严重 的应力集 中情况 。 通过模态分析 、瞬态动力学 的方法 ，分析 了叶片 的动频 、动应力 。动应力不但变化剧 烈而且应力峰值较大 ，四个桦齿承受 的动应力并不相等 。 本文研究的叶片的断裂位置与静力分析所求 出的最大应力位置吻合 ， 因此设法减小该 位置 的应力集 中情况对于提高叶片的强度很关键 。 提 出了两种结构修改方案 ， 并对修改后 的叶片进行 了有 限元静力学分析 ，对 比了在关注位置 的应力集 中情况 ，结果表 明，两种方 案对桦齿及其 圆弧过渡处的应力集 中均有改善作用 ，第二种方案可 以大幅 降低应 力集 中。 关键词 : 轴流式压缩机 ; 叶片; 动频 ; 动应力; 应力集 中 a b stract t itlg : r e s e a r c h o n d y n a m ic c h a r a c t e r is t !c a n dv !b r a t io n - p r o o f s t r u c t u r e o f t h e b l a d e!n a x ia l 一 f l o w!n g c o m p r e s s o r m a j o r: m echani cal m an uf a ctu r e and a uto m ati o n nam e: ji anghui ehen si gnatur e: 业 也 丝 生 . super vi sor:associ at 。 pr of .oexi n l.si gnat ur e: 工巨匕生. a b s tra c t b la de 15 o n e o f t h e m o st im p o r t an t p a r ts in a xial一 f lo w c o m pr e sso r ， t h e s t a t ie a nd d y na mie eh a r aeter i sties of b lade w ill in f luenee t h e see而 t y of t h e sy s t emn 玫m ln g di r ec t ly w he n t h e co m pr e sso rn 川l n in g . t h e f i rs t 一 s t age b la de o f t h e a xia l 一 f l o w eo i r 甲resso r d esig ned b ya n en i er p r i se 15 used a s t h e r e sea r eh ob j eet.it， 5 5七 玫 ie a n d d卿a mie eha r a c ter i sties 15 st u died by u sin g t h e f i n i te elem en i m et h o d . t he b la de g eo m e t r ie st r uet u re 15 im p ro v ed b a s ed o n t h e r e su l t s o f t h e st u d y . g eom et r i e m odel i n g，geom et r i e m odel i m por t ， 幼 ddi ng di vision d而 ng t h e pr o eess of f in i te elem en i m odeli ng a r e st o died.a n ef f e c t i ve blade f in i te elem en t m odeli ng m et h od 15 g i ven. d a t a 10 55 p r o b lem 15 reso lv ed b y t h is m et h o d in th e p r o eess o f c a d m o d el 15 tran sf e r r ed to t h e f inite elem en i a n a l ysis sof t w a r e.t h e m esh i ng m et h od g u arantees high qu a li t y g r id m odel. t h e eon s t ra i n i w a y o f b lad e 15 s t ud ied a nd a v a l id eo n stra i n tw a yis esta blis hed . t he s t a t ie cha r aeter i stics of t h e bla d e sub j eeted to dif f e r e nt ioa d s a r e a n alyzed， obtains t h e st r e ss a n d d isp la cem en t v a r ia t io n r ule . t he r e su lts sh o w t h a t h i g h st r ess in ser r atio n a nd its a r c t r an sitio n r e g io n ， a nd o b ser v ed t h a t sev er e str e ss eo n een tratio n in th ese lo ea t io n s. s t a tie a nd d y n a mie f r eq u en ey a nd d y na mie s t ress a r e a na l y zed b y u sin g t h e m o d a l a na l y sis m et h o d a nd t h e tran sien i d y n a mies m e t ho d . d y n田力ie st r ess n o t o u l y f l u et u atio n s b u t a l so its p ea ks 15 la r ger ， f o u r ser r ation dy na mie st r esses 15 n ot eq ua l it y . b la de f r a c t u re lo e a t io n 15 m a t ch to t h e p o sitio n o f m a x诵 u m st r ess d er i v ed f r o m t h e s七 n ie a na l y sis， 50 t r y t o r e du ce stress eon een t ra t ion inerea s es t h e intensit y o f t h e b la d e 15 er i t iea l . in t h e t h esis，幻 刀 。 str u cn i r e m o d if i ea t io n so lu t io n s a r e p r o p o sed . a eo m p a r iso n 15 m a de i n t h e f o eu s lo ca t io n o f st r ess eo n cen tra t io n af t er a f i n i te elem en i sta t ie a na l y sis f o r n ew m o d el. t he r e su lts sh o w t h a t b o t h so lu t io n s ea n r e d u ee stre ss eo n een i ra t io n a nd th e seeo n d so lu t io n ea n r e duee st r ess eoneentration 51加 f i ea n tly . 工 西安理工大学硕士学位论文 k ey w o r ds:a xia l 一 f lo wc om p resso r; b la de ;d y n a mie f r eq ue ney ;d y n 田n ic st r ess; st r e s s i v 目录 目录 1 绪论 二 ” : . “ “ 二 “ 二 “ . “ ” . “ ” ” . .“ “ ” ” ” ” . “ . “ . “ ” “ “ 。 ” ” “ ” ” . ” . “ “ . “ ” “ . “ “ “ ” “ ” . “ ” “ “ “ . “ “ “ ” ” “ ” .1 1.1 轴流式压缩机简介 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1. 2 课题 的意义及研 究现状 . . . . . .， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1. 2.1 课题的研究意义 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1. 2. 2 研究现状 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ， . . . . . . . . . 3 1. 3 课题 的研 究 内容和论文结构 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ， . . . . .5 1. 3.1 研究 内容 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1. 3. 2 章节安排 . . . . . . . . . . . . .， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .， . . . . . .5 1. 4 本章小结 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2 有限元方法理论简介. ” “ ” 二 “ . “ . ” ” . “ “ “ ” “ 。 ” ” “ “ . ” ” ” “ ” ” “ 二 “ . .” “ ” “ . “ ” . “ “ ” 二 ” 二 “ . ” “ 二 ” . ” . 7 2.1 弹性力学 的控制方程和最小势 能原理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2. 2 有 限元分析过程概述 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 2 . 3 有 限元分析的基本流程 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 2. 4 本章小结 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 3 叶片有 限元模型的建立. ” .” .” “ ” “ .“ ” ” “ “ . “ “ . ” ” ” “ ” ” 二 ” . “ ” “ “ 二“ ” ” . .” ” ” . ” . “ ” “ ” ” “ ” ” 二 ” .1 3 3.1 叶片的几何模型 的建立 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 3 3.1.1 叶片 的结构 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 3.1. 2 叶身数据 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 巧 3.1. 3 利用 p r o / e 软件造 型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 巧 3. 2 叶片有 限元模型的建立 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 3. 2.1 几何模型导入 a n sy s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 3. 2 . 2 网格模型导入 a n sy s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 3. 3 有 限元分析 网格 的划分 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 1 3. 3.1 网格划分 的原则 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 1 3. 3. 2 网格划分 的思想和流程 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 、 . .2 2 3. 3. 3 叶片 网格 的划分 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24 3. 4 叶片有 限元模型的建立 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 3. 4.1 叶片 的物 性 参数 . . .， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 3. 4 . 2 边 界条件 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 3. 4. 3 力载荷施加 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .， . 27 3. 5 本章 小 结 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 8 4 叶片 的静态分析 . ” “ .“ .“ “ . ” . ” ” 二 “ ” “ 二 “ .“ 二 ” “ .” ” “ .“ .” “ 二 “ .” .” “ “ .“ .” “ “ ” ” 。 “ .“ ” “ “ “ 2 9 西安理工大学硕士学位论文 4.1 叶片的边界约束合理性分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 4.1 .1 情况 1 下 的约束分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 4.1， 2 情况 2 下的约束分析， . . . . . . . . . ， . . . . . . . . . . . . . . . . . . ， . ， .， . . . . . . ， 二 ， . . ， 二 ， ， . . 3 1 4.1 . 3 对 比分析及结论 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 4 . 2 基于有 限元法 的叶片静态分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 4 . 2.1 不 同载荷下 的应力、位移场对 比分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 4 . 2. 2 静态分析的结论. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 7 4 . 3 本章小结. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 5 叶片的动态分析. “ . “ .” ” “ : . ” 。 ” . ” ” ” .” . “ 二 “ ” “ “ “ . . . “ “ . . “ 二 ” ” ” ” 4 9 5.1 叶片的模态分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 9 5.1.1 模态分析理论 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 9 5.1. 2 叶片的静频和动频 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1 5. 2 叶片的动应力分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 4 5. 2.1 瞬态动力学分析简介 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 4 5. 2. 2 阻尼和激振力 的处理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 5 5. 2. 3 计算结果分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 6 5. 3 本章小结 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 0 6 叶片的结构改进. “ ” ” : . ” . ” ” ” ” ” .“ “ “ . ” “ “ ” ” ” . ” ” ” “ 二 ” “ “ ” “ “ 二 ” “ “ ” ” “ 二 ” ” ” “ ” ” 6 1 6.1 第一种结构修改方案 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1 6.1.1 应力变化 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1 6.1. 2 位移变化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 3 6 . 2 第二种结构修 改方案 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64 6 . 2.1 应力变化 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64 6. 2. 2 位移变化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 6 6 . 3 三个模型桦齿处的应力集 中对 比分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 7 6 . 4 本章小结 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 0 7 总结与展望. “ ” . . “ “ “ ” 二 ” . ” ” ” ” . “ “ . “ .“ ” ” ” ” ” ” “ . ” ” “ . “ “ “ “ “ “ ” ” ” ” ” . ” ” . “ ” “ . .” “ “ “ “ 二7 1 7.1 总结 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1 7 . 2 展 望 . . . . . . . . . . . . . . . . . .7 1 致谢” .” ” ” . ” . “ . 。 ” “ “ ” 二 “ . “ . “ ” ” ” “ . ” . ” . ” ” . “ “ “ “ “ ” ” ” . ” 二 ” “ “ . “ ” ” . ” ” ” .“ . 。 ” . “ 7 3 参考文献. “ . ” “ ” “ ” ” “ “ ” . ” ” : . “ ” ” ” ” . ” ” . ” “ ” “ ” 二 ” “ ” ” ” ” 二 ” 二 ” ” “ 二 ” 二 “ “ : . ” “ ” ” ” . ” . “ “ . 7 5 攻读硕士学位期间发表 的论文 . “ “ ” . “ “ ” ” “ “ “ “ “ ” “ “ ” ” ” ” “ “ 二 ” ” . .“ . .“ “ “ “ 一“ “ ” 7 9 1 绪论 1 绪论 叶片在透平机械 中承担着把 电能或机械 能转化 为气体压力能的重要任务， 或者在能量 转换装置 中承担着将气体压力 能转化 为 电能或机械 能 的重要任 务 ， 是压缩机和 t r t(b l a s t fu ma c e g a s t o p pr e s s u r e r e c o v er y turbin e u n i t，t 又r - - 一一高炉煤气余压 回收透平装 ) 设备 中的最重要 的零部件之一 ， 透平机械 的性能和使用寿命在很大程度上是 由叶片的静态特性 和工作过程 中的动态特性决定的。 对叶片的静 、 动态特性进行研究具有重要 的理论和实用 价值 。 1.1 轴流式压缩机简介 透平压缩机指具有 高速 旋转 叶轮 的动力式压缩机 。 它依靠旋转 叶轮与气流 间的相互作 用力来提 高气体压力 ，同时使气流产 生加速度而获得动 能 ，然后气流在扩压器 中减速 ，将 动能转化为压力能 ，进 一步提高压力 。按照气体主要运动方 向划分 ，有离心式压缩机 、轴 流式压缩机和轴流离心组合式压缩机 。 轴 流式压缩机是依靠 高速旋转 的叶片将气体从轴 向吸入 ，气体获得速度后排入导叶 ， 再经扩压后沿轴 向排 出的一种速度 型压缩机 ，如 图 1一 1 所示 ，其 阻力损 失小 ，流量大 ，效 率高 ，因而广泛应用于石化 、冶金等行业 。通 常压缩机机组 由若千单级构成 ，每一单级则 由动 叶片安置在轮盘或转轴上构成 的转子和机 壳与 固定其上 的导流器构成 的定子组成 ， 工 作时，气体 由进气管通过进 口导流器 ，以一定速度进入第一级，受到转子的动力作用 ，获 得能量而提 高 了压力 ，连续进入各级依次压缩 ，压力逐步提 高后 ，经 出 口导流器 由排气管 送 出。轴流 式压缩机广泛用于燃气轮机 ，除此还用于高炉鼓风 、空气 分离 、天然气液化和 重油催化等装置 中压送 空气和其他气体 。 图 1一 1轴 流 式压缩 机 f ig . 1一 ia 劝a l一 f lo w c o m p r e sso r 西安理工大学硕士学位论文 1. 2 课题 的意义及研究现状 1. 2.1 课题的研 究意义 大型轴流压缩机 中的叶片数 目往往多达几千片， 并且叶片在运行 中承受着离心力 、 稳 态气流力及非稳态气流力的共 同作用 。 离心力在叶片中不仅产生拉应力 ， 而且在离心力 的 作用线不通过叶片计算截面的形心时，由于偏心拉伸还会产生弯 曲应力 。 气流力分为稳态 气流力和非稳态气流激振力。 叶片工作时受到气流激振力的作用而产生强迫振动 ， 当周期 激振力 的某阶谐波分量与叶片的某阶固有频率相等或接近 时， 就会发生共振 ， 从而产生相 当大 的动应力 ，使叶片疲劳破坏 。此外 ，压缩机在各种非设计工况下工作 时，如 ，启动 、 低负荷 、停机 、变负荷 、高背压等 ，还要承受负荷变化带来 的交变应力 以及小容积工况下 的较大气流激振力等 ，以上 的各种载荷作用使得叶片的工作环境极为复杂恶劣 ，叶片断裂 事故 时有发生 。大量文献报 道 了叶片的断裂事故及叶片断裂 原因的分析 ，下面仅举几例 。 某 公司机组 自 198 9年 n月投入运行 以来 ， 轴流风机的第一阶动叶片 曾三次发生断裂 事故 ，最短使用周期不到两年 ，经济损失巨大 。经分析断裂原因为叶片发生共振 ，交变 的 共振应力导致叶片产生疲劳裂纹 ，叶根 的应力集 中使裂纹扩展最终断裂 “ 。经过对某风 机第 1 1级动叶片的叶片断裂原因进行材料学方面 的分析 ，最终得 出结论 : 叶片的断裂模 式为振动疲劳，疲劳裂纹萌生的主要原因是叶片桦头和桦槽配合松动 ，导致振动下传 ，非 正常 的振动应力导致 了叶片裂纹萌生 2 。经过对实际服役寿命为 5 年 的汽轮机 叶片断裂 事故进行分析 ，得 出结论: 叶片的断裂属于高周低应力疲劳断裂 【 3 。某 电厂 2 号汽轮机 于 1 9 9 9年 9 月投运 ，200 0年 9 月 1 5日发现 5 片末级 叶片断裂 ，断裂 事故分析表 明叶片 中有夹杂物 ，夹杂物导致 的应力集 中及交变应力是断裂 的原因 4， 。德 国 g h h 轴流主风机 投入运行来相继发生 1 0起一级动叶片断裂事故 ，课题研究小组针对断裂事故作 出了综合 分析 ， 。某轴流式压缩机 的第 1 级叶片发生断裂事故 ，通过有 限元方法计算 叶片 的强度 振 动特 性 ，得 出了叶片 断裂 的原 因是 叶片 的强度振动 安全裕量不够 “ 。pou r sa e i d i a n d sa l a v a t i a n ”针对 ir a n m on t a x e卜 g h a em 一 u n it 6 发 电机 叶片断裂事故 ，通过有 限元和试验分 析确定 了叶片的应力分布 ，同时对叶片的微观组织进行 了分析 ， 结果表 明叶片属于疲劳断 裂 ， 疲 劳的原因是 由于空气扰动引起 叶片共振 ， 他们分析 的发 电机设备 由 g e c 一 a l st h o m 提供 ，叶片在检修 10h 后发生断裂 ，叶片寿命还远没达到设计寿命 。两人采用一种简化 的 叶片模型对 叶片的疲劳扩展进行 了仿真 ， 并通过动力学试验验证 了仿真 的可行性 ， 仿真结 果表 明正是 由于振动使得疲 劳裂纹扩展 。 【 “ 通 过 以上 的事 故 可 以看 到 ，叶 片断裂 问题 严 重影 响着 透平 机 械 的工 作 安全 ，任 何 叶片 故障都会给 用户带来 巨大 的经济损 失 。 经大量数值计算及 断裂 叶片事故分析得 出: 透平 叶 片 的失效在很多情 况下都归因于共振应力 (交变动应 力 ) 所 引起 的高周疲 劳 。如 果要保证 透平 叶片在