飞机维修（发动机维修）专业毕业设计

飞机维修 发动机维修 专业毕业飞机维修 发动机维修 专业毕业 设计设计 燃气轮机动力涡轮组件的强度分析 摘要 燃气轮机动力涡轮组件是燃气轮机的主要组件之一 由于其不仅工作温度高 而且还要承受燃气轮机在起动和停机 时 因温度剧烈变化引起的热冲击 工作条件恶劣 故涡轮组 件是决定燃气轮机寿命的关键部件 为确保有足够的寿命 重 点对某型燃气轮机低压涡轮压气机转子叶片的强度特性进行了 分析 并验证了其稳定性及可靠性 使用 sam cef field 软件的 转子动力学分析模块对该转子叶片进行了分析计算 根据机组 实际运行的条件 计算了该机组转子具有较小的临界转速 稳 态不平衡响应 叶片丢失瞬态响应等 计算结果表明 临界转 速安全系数合理 转子系统选取的平衡量具有较小的振动幅值 转子的瞬态响应结果验证了结构方案的合理性 转子系统具有 较好的稳定性 得出了此转子结构方案能保证低压涡轮压气机 稳定运行的结论 从而为燃气轮机的可靠性 维修性 保障性 提供了参考 关键词 低压涡轮 强度 转速 振动 可靠性 1 前言 上世纪二十年代 德国人霍尔茨瓦特制成第一台实用的燃 气轮机 其效率为 13 功率为 370 千瓦 自此之后 燃气轮 机就逐渐进入了人们的生活领域 燃气轮机 汽轮机 发电机 及电动机等都是典型的旋转机械 都以转子作为工作主体 转 子连同轴承 支座等称为转子 支承系统 机组运转时 转子 系统常常发生振动 而振动产生噪声 降低了机组的工作效率 严重的振动会导致转子断裂 造成重大危害 转子 支承系统 的振动是多样的 包括转轴的扭曲振动 弯曲振动和轮盘叶片 的振动等 转轴的振动较为复杂 牵涉的因素较多 转子动力 学就是以转轴的弯曲振动作为主要研究对象的 转子的不平衡量所引起的振动属于 强迫振动 它的角频 率和转动角速度相等 对于高速转子 除了不平衡质量引起的 振动以外 还有频率与转动角速度不相等的振动 称为 涡动 转子连接件配合面的摩擦 转轴的内阻 轴承油膜力或密封引 起的气动力等都是产生涡动的因素 理论上 转轴的这种涡动 属于 自激振动 1 涡动甚至可以破坏转轴或轴承 研究的对象是该型燃气轮机低压涡轮压气机转子叶片 通 过对转子 支承建模 使用 sam cef 专业转子动力学分析软件 采用有限元素法分析了其转子动力学特性 包括转子的临界转 速计算 稳态不平衡响应分析 转子稳定性分析等 验证了其 在工程应用方面的可用性及可靠性 同时得出了分析其动力学 特性的基本方法及结论 2 结构简介 该型燃气轮机低压涡轮压气机转子呈轴流轮毂式整体结构 它由 9 级低压压气机和 l 级低压涡轮组成 低压压气机与低压 涡轮之问通过低压涡轮轴连接并以花键传递扭矩 见图 1 0 8 级低压压气机轮盘 叶片材料为钛合金 低压涡轮盘 叶 片材料为高温合金 低压涡轮轴材料为马氏体不锈钢 低压涡 轮压气机转子呈 3 点支承结构 前支承采用径向止推滚珠轴承 支承点位于压气机 o 级轮盘的前段 由弹性支承 挤压油膜阻 尼器 滚珠轴承组成 中间支承采用滚柱轴承 由挤压油膜阻 尼器 滚珠轴承组成 支承点位于低压压气机后轴径后段 后 支承采用滚柱轴承 由弹性支承 挤压油膜阻尼器 滚珠轴承 组成 支承点位于低压涡轮轴后段 3 计算模型 该型燃机低压涡轮压气机转子的 3d 模型较大 这将导致在 网格划分以及计算过程中花费大量时间 因此我们对本机组的 计算采用 2d 轴对称模型 在总体直角坐标系下建立二维轴对称 单元 其种类有 3 节点或高阶 6 节点的三角形单元 4 节点或 高阶 8 节点的四边形单元 每个节点有 9 个自由度 前 6 个自 由度与梁单元一样 分别为沿旋转轴线方向的拉伸和扭转 以 及由弯曲而引起的其他 2 个方向的线位移和角位移 另外 3 个自由度与旋转轴的横截面变形有关 分别为拉伸引起的径向 位移和弯曲引起的 2 个切向位移 同时 使用这类单元可以很 好地模拟转子的 涡动效应 建立总体直角坐标系 x y z 和局部圆柱坐标系 e1 z e2 设定 u1 u2 u3 1 2 3 为局部坐标系下的位移分量 将它们沿 0 向 按傅立叶级数展开如下 式中 n 为波数 m 为相数 每个谐函数 n m 对应 1 个结构 的基本变形 2 低压涡轮压气机转子的压气机叶盘间的连接方式为焊接或 螺栓紧固 涡轮叶盘与涡轮轴之间也是以螺栓紧固的方式连接 低压压气机与低压涡轮轴之间的连接为花键 以此