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CN103105229A - 大功率工业汽轮机末级整圈自锁叶片的振动模态计算方法 - Google Patents

大功率工业汽轮机末级整圈自锁叶片的振动模态计算方法 Download PDF

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CN103105229A
CN103105229A CN2013100363208A CN201310036320A CN103105229A CN 103105229 A CN103105229 A CN 103105229A CN 2013100363208 A CN2013100363208 A CN 2013100363208A CN 201310036320 A CN201310036320 A CN 201310036320A CN 103105229 A CN103105229 A CN 103105229A
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CN
China
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blades
calculation method
vibration mode
steam turbine
blade
Prior art date
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Pending
Application number
CN2013100363208A
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English (en)
Inventor
张军辉
孙义冈
孔建强
陈金铨
丁旭东
徐旭岭
隋永枫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hangzhou Steam Turbine Co Ltd
Original Assignee
Hangzhou Steam Turbine Co Ltd
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Abstract

本发明所设计的一种大功率工业汽轮机末级整圈自锁叶片的振动模态计算方法，首先计算了一组叶片的强度，得到叶片的扭转恢复角；然后再在两只叶片的围带间添加一块“正交各向异性”材料，调整弹性模量E与剪切模量G的数值，重新计算叶片在离心力作用下的强度，使叶片的扭转恢复角与之前算的一致；最后，根据这个参数值来计算大功率工业汽轮机末级整圈自锁叶片的振动模态。其提出了一种相对科学的有限元振动模态计算方法。用正交各向异性材料来模拟叶片间的非线性接触特性，计算方法操作简单、合理有效。另外，还可以对比实验数据，调整此“正交各向异性”材料的弹性模量E与剪切模量G，让修正了的计算方法更加贴近实际运行情况，增加安全可靠性。

Description

大功率工业汽轮机末级整圈自锁叶片的振动模态计算方法
技术领域
本发明涉及工业汽轮机领域，尤其是一种大功率工业汽轮机末级整圈自锁叶片的振动模态计算方法。
背景技术
汽轮机是将水蒸汽的热能转化为机械能的动力设备。工业汽轮机是主要用于拖动给水泵、压缩机等工业领域的驱动设备，其特点为变工况复杂、转速变化范围大等。随着科学技术的发展，工业汽轮机也是朝着大容量大功率方向发展，而末级叶片的优略制约着单机功率的扩大。同时，叶高加大、转速的提高对叶片的安全性提出了严重的挑战，叶片强度与振动特性直接影响到汽轮机运行可靠性。现国内外末级长叶片普遍采用叶片顶端自带围带，中间带有凸台的整圈自锁叶片。如图1、图2.图3、图4所示，具有叶身1、叶根2、叶根叶身中间体3、凸台4和围带5组成。叶片组在安装状态时相邻凸台之间、围带之间留有一定的初始间隙，当汽轮机运行时依靠离心力反扭矩相邻围带与凸台进入接触，到一定转速后锁紧形成整圈自锁结构。这种阻尼结构叶片增加了系统刚度，改变调频阶数，同时也减小了叶片应力，其具有很高的结构阻尼因此减小动应力，相对于自由叶片由于叶片间相互自锁使静应力也降低，同时叶顶的自带围带也降低了漏汽损失，所以它代表了目前长叶片的发展方向。这类整圈自锁长叶片在大型电站汽轮机中已有较为成熟的应用，但在在工业汽轮机中应用极少。更者，针对这种叶片的强度振动有限元计算方法而言，一般是采用局部节点耦合方法，根据强度计算后的接触面积和接触压力来确定耦合的节点的部位和范围，其缺点是耦合后就将部分节点锁死，因此体现不了接触刚度大小和相对滑移的阻尼特性。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术的不足而提供一种操作简单，计算合理有效的大功率工业汽轮机末级整圈自锁叶片的振动模态计算方法。
为了达到上述目的，本发明所设计的大功率工业汽轮机末级整圈自锁叶片的振动模态计算方法，首先计算了一组叶片的强度，得到叶片的扭转恢复角；然后再在两只叶片的围带间添加一块“正交各向异性”材料，调整弹性模量E与剪切模量G的数值，重新计算叶片在离心力作用下的强度，使叶片的扭转恢复角与之前算的一致；最后，根据这个参数值来计算大功率工业汽轮机末级整圈自锁叶片的振动模态。
本发明所得到的大功率工业汽轮机末级整圈自锁叶片的振动模态计算方法，有效探索了整圈自锁叶片的振动机理，提出了一种相对科学的有限元振动模态计算方法。用正交各向异性材料来模拟叶片间的非线性接触特性，计算方法操作简单、合理有效。另外，还可以对比实验数据，灵活地运用调整此“正交各向异性”材料的弹性模量E与剪切模量G，让修正了的计算方法更加贴近实际运行情况，增加安全可靠性。
附图说明
图1为本发明的叶片的主视图；
图2为本发明的叶片的侧视图；
图3为本发明的围带之间的相互关系；
图4为本发明的凸台之间的相互关系;
图5为本发明的正交各向异性材料示意图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1：
本实施例描述的大功率工业汽轮机末级整圈自锁叶片的振动模态计算方法，首先计算了一组叶片的强度，得到叶片的扭转恢复角；然后再在两只叶片的围带间添加一块正交各向异性材料6，调整弹性模量E与剪切模量G的数值，重新计算叶片在离心力作用下的强度，使叶片的扭转恢复角与之前算的一致；最后，根据这个参数值来计算大功率工业汽轮机末级整圈自锁叶片的振动模态。

Claims (1)

1.一种大功率工业汽轮机末级整圈自锁叶片的振动模态计算方法，其特征是：首先计算了一组叶片的强度，得到叶片的扭转恢复角；然后再在两只叶片的围带间添加一块“正交各向异性”材料，调整弹性模量E与剪切模量G的数值，重新计算叶片在离心力作用下的强度，使叶片的扭转恢复角与之前算的一致；最后，根据这个参数值来计算大功率工业汽轮机末级整圈自锁叶片的振动模态。
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