葉片碰撞減振研究與展望ppt課件

1、葉片碰撞減振的研究與展望徐 大 懋 須 根 法 侯紹華 內(nèi)內(nèi) 容容傳統(tǒng)的葉片振動安全準則傳統(tǒng)的葉片振動安全準則碰撞減振的背景及研究方向碰撞減振的背景及研究方向試驗研究和方法試驗研究和方法試驗結(jié)果和分析試驗結(jié)果和分析理論分析與計算理論分析與計算新的設計方法與安全準則新的設計方法與安全準則結(jié)論與展望結(jié)論與展望1. 傳統(tǒng)的葉片振動安全準則傳統(tǒng)的葉片振動安全準則w固有頻率，激振力，共振w激振源：流體參數(shù)沿周向不均勻，傅利葉展開w應避開頻率w長葉片：K=2，3，4，5，6，7，8w短葉片：nzw其它頻率：難以避開，計算不準，限制激振力氣動彎應力w研究方法：計算，實驗，不斷改進，伴隨汽輪機歷史參數(shù)周向不均

2、勻參數(shù)周向不均勻2. 碰撞減振背景及研究方向碰撞減振背景及研究方向w小機組早已采用w哈汽300MW，內(nèi)拉金葉冠，珠江首臺HP末級未裝拉金，形成碰撞結(jié)構(gòu)wWH、上汽正式采用90年代中)w改造機組，300MW、600MW全面采用w中國應用最廣，從未發(fā)生事故(?)w一系列問題要研究w減振機理？程度？w是否要調(diào)頻？如何計算？w蒸汽彎應力是否考慮？安全準測?w葉片寬度是否可減?。扛鞣N碰撞結(jié)構(gòu)各種碰撞結(jié)構(gòu)3. 試驗研究和方法試驗研究和方法w2019年，哈汽與哈工大合作，2019年出結(jié)果,后補做試驗,至2019.w試驗裝置及系統(tǒng)實驗裝置實驗裝置測試系統(tǒng)測試系統(tǒng)三噴嘴周向均布3. 試驗研究和方法續(xù)試驗研究和方

3、法續(xù)1）w試驗件葉片和可拆卸葉冠葉片和可拆卸葉冠3. 試驗研究和方法續(xù)試驗研究和方法續(xù)2）w頻率預估:確定尺寸及測量范圍w共振n=16001700rpm, f=8085Hz, k=3三個噴嘴）共振轉(zhuǎn)速圖共振轉(zhuǎn)速圖4. 試驗結(jié)果及分析試驗結(jié)果及分析w對稱間隙試驗結(jié)果w 時無共振， 時存在共振，頻率同于自由葉片，分散度達7%w ，大體為線性關(guān)系w減振程度(全開與=2.24比)w愈小(00.25,應用區(qū)), 對負荷愈不敏感(全開與全閉比)00.040.100.250.450.651.01.52.241.132.071.941.722.884.545.106.708.004 4號葉片振動應力曲線號葉片

4、振動應力曲線00,25.0,10.0,04.0,060倍12倍8倍4.5倍4. 試驗結(jié)果及分析續(xù)試驗結(jié)果及分析續(xù)1）非對稱間隙與對稱間隙比較非對稱間隙與對稱間隙比較 結(jié)論：非對稱間隙之動應力比平均間隙動應力小。結(jié)論：非對稱間隙之動應力比平均間隙動應力小。葉冠間隙葉冠間隙噴嘴狀態(tài)噴嘴狀態(tài)非對稱共振應力非對稱共振應力MP平均間隙平均間隙mm對稱共振應力對稱共振應力MP0.001.00全閉全閉3.50.5015半開半開12.00.5030全開全開23.00.50400.011.00全閉全閉6.20.50515半開半開9.00.50530全開全開21.30.505400.031.00全閉全閉4.60.

5、51515半開半開11.60.51530全開全開23.20.515404. 試驗結(jié)果及分析續(xù)試驗結(jié)果及分析續(xù)2）w減振機理w位移小，激振力作功少w隨，高頻分量，消耗能量w需進一步回答問題w是否要調(diào)頻，如何計算w氣動彎應力，動葉寬度w安全準則w需要進行理論分析振動頻譜比較振動頻譜比較5. 理論分析與計算理論分析與計算碰撞振動的力學模型實質(zhì)為約束振動,有三種:對稱、非對稱、單側(cè)5.理論分析與計算續(xù)理論分析與計算續(xù)1）w碰撞減振力學模型w周期漸進模型：較大w連續(xù)碰撞模型：較小w無論何種模型，未碰撞時，為自由葉片振動；而碰撞時為約束振動。二者頻率相同。w最后采用振型疊加：碰撞前為自由振動，碰撞后將碰撞

6、力視為集中力，二者變形疊加。碰撞振動的兩種模型碰撞振動的兩種模型5. 理論分析與計算續(xù)理論分析與計算續(xù)2）w碰撞振動的力學模型w未碰撞時共振，單振型，與慣性力分布有關(guān),設為指數(shù)函數(shù) w （1）w可推出w自由共振引起的根部動應力d 慣性力分布慣性力分布nLxqxq)()(0 n n) ), ,q qf f( (x x, ,E EI IY Y, , E EI IY Y, ,E EI IY Y= =M M0 0 之振幅之振幅L Lx x1 1 1 1n n1 1A AB B 6 63 3) )4 4) )( (n n1 1) )( (n n( (2 2n n1 1) )3 3) )( (n n4 4

7、) )( (n n6 6( (n nB Bn n W WL LE EI IA A2 2 (2), 對扭葉片，對扭葉片，Bn可由可由2式反算出式反算出 ，（先算，（先算 ）1 11 1n nA AB B (3)，標志激振力水平，由許用動應力 反求.11/ d 5. 理論分析與計算理論分析與計算(續(xù)續(xù)3）w碰撞振動力學模型續(xù)）w碰撞時為約束共振；碰撞力為集中力，引起w w w 碰撞模型碰撞模型2222A3WLEI3 )K(AB)(ABpp21 1BB，/K,pn1 以以代代（4）（5）物理概念物理概念:應力由兩部分組成應力由兩部分組成對變截面葉片對變截面葉片2p2AB 碰碰撞撞后后反反變變形形2

8、21 2 5. 理論分析與計算理論分析與計算(續(xù)續(xù)4）,Lx1/I)x( I20 253420L20 x 6xL12x 2LxyPEI u碰撞振動力學模型續(xù)）碰撞振動力學模型續(xù)）u 的范圍及物理概念的范圍及物理概念u設設pBxLP)x(My)x(EI Lx1xLPyEI20 當X=L,以 代Y: 2 不論不論I(X)I(X)以何種形式表示，只要以何種形式表示，只要I0I0和和P P相同，相同，I(X)I(X)沿葉高減小，其端部沿葉高減小，其端部 一定大于直葉片，即一定大于直葉片，即BPBP一定一定 30.5的長葉片，不推薦采用碰撞滯振，可用整圈聯(lián)接或摩擦的長葉片，不推薦采用碰撞滯振，可用整圈聯(lián)

9、接或摩擦滯振。滯振。對特定葉片，首先求出對特定葉片，首先求出Bp、Bn和和 按按7和和8）,再確定抗振再確定抗振結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu). 11n nP PB BB B（8）5. 理論分析與計算理論分析與計算(續(xù)續(xù)6）w當n=4時，理論與試驗比較w 本試驗件 E=2.1105MP， I=0.005625cm4,w=0.0375cm3,w L=14.5cmw對負荷不敏感，自由葉片前不同負荷很密集。w誤差原因：丈量，扭振，假定模型。理論與試驗比較理論與試驗比較294. 3B, 4n, 3B,150AnP089. 0BB1 ,098. 0BBnppn 45044 450098. 0450 )(ABp5. 理論分析與

10、計算理論分析與計算(續(xù)續(xù)7）前圖之坐標轉(zhuǎn)換前圖之坐標轉(zhuǎn)換可以明顯看出，只需 一樣，應力隨負荷變化很慢，即不敏感。 自由葉片國外信息國外信息2019年年12月）月）The design method for integral shroud blades includes calculations for shroud-to-shroud gap and tip deflection which will cause a high cycle fatigue failure. If the failure deflection is greater than the shroud gap, the

11、n the design will benefit from high damping/snubbing resulting from shroud collisions. All design calculations required for integral shroud blades have been fully automated in the “LBADEScomputer code.某外國公司所用曲線同與前圖）某外國公司所用曲線同與前圖）5. 理論分析與計算續(xù)理論分析與計算續(xù)8）w葉片寬度對動應力的影響w按常規(guī)設計葉片，標以“0”，縮小后的弦長比為：改寫公式用改寫公式用KnKn

12、表示目的有二：有通用性，只有兩個變量表示目的有二：有通用性，只有兩個變量與與kn,kn,與與n n及葉片特性無關(guān)及葉片特性無關(guān), ,可用于扭葉片；保持可用于扭葉片；保持k k與與knkn數(shù)值較接近。數(shù)值較接近。葉片的幾何特性全部由葉片的幾何特性全部由knkn表示表示: :)K(AB)(AB00p00p0 (10)(11)(12)K(AB4200p , )K1 . 0(K1 . 0)K(Kn2n4240 nK10K )BB(10KBKpnpn（9）5. 理論分析與計算續(xù)理論分析與計算續(xù)9）w葉寬對動應力的影響續(xù)）w應力最低點可能出現(xiàn)在1w不一定追求最小，安 全即可w 動應力與動應力與k k和和關(guān)

13、系關(guān)系w 的確定：工藝性、可靠性、運行和靜止差別w工藝 mm， 平均0.03w離心力，R ， , 平均0.04w 扭轉(zhuǎn)恢復 ，w極熱態(tài)啟動 ，轉(zhuǎn)子溫高葉冠溫低，設 為100， 約0.056. 新的設計方法與安全準則新的設計方法與安全準則20.03 0.05圖圖15 15 扭轉(zhuǎn)恢復對扭轉(zhuǎn)恢復對 的影響的影響05. 0013mm，mmt44. 0,5 . 0,50如如節(jié)節(jié)距距4T最最關(guān)關(guān)鍵鍵3)();(,不不希希望望希希望望扭扭后后碰碰撞撞面面與與軸軸向向夾夾角角,43216. 新的設計方法與安全準則續(xù)新的設計方法與安全準則續(xù)1）w設計程序和安全準則w按常規(guī) 左右設計葉片w按自由葉片計算振型，可不

14、用w 按 ，求 和 ,w由 求出 , , Lxqqn0，之之假假設設MPaw40,)8 . 07 . 0(1d 取1BBpn 000P)(AB， 0 求求出出由由假假定定不不同同值值或或選選更更小小及及相相應應由由圖圖查查出出 ；，10/KKoptn2P2AB pB00nAB nB0 npBB1 w算例1,直葉片w也可直算w 6. 新的設計方法與安全準則續(xù)新的設計方法與安全準則續(xù)2） 0.0050.010.0150.020.0250.03Kn0.140.280.420.560.700.8464.5102.3140.1177.9215.7253.50.870.750.690.650.610.58

15、0.970.870.750.700.640.571.781.220.950.810.720.65110120134146156165 75607 .26K2 .2727 .26)K(ABcm036.0BA/ ,1052.2A,MP300 ,089.0,098.0,294.3B,3B, 4nMP101 .2E ,cm5 .6W,cm8 .7I , cm7b,cm10L00p000d030dnP530400cm, o op pt tm mi in n0.50.50 0. .5 51900107)098.0(34020A不不敏敏感感對對但但安安全全雖雖不不是是最最小小時時,5.06. 新的設計方法與

16、安全準則續(xù)新的設計方法與安全準則續(xù)3）w算例2, 變截面葉片，大部分數(shù)據(jù)同例1，下列數(shù)據(jù)不同： w L=15CM, ,故有0.35 ,54. 01BB,14. 24 . 013B , 3 . 3B,1012. 1Apnpn30 081. 0BA,Mp300n0d0ad ：列列表表如如下下時時為為按按,24001051 ),(BA 402P0 )Lx( 41/IxI206. 新的設計方法與安全準則續(xù)新的設計方法與安全準則續(xù)4） 0.0050.010.020.030.040.0620.1230.2450.3700.4940.0110.0230.0460.0690.09211712915317720

17、11.01.01.01.01.01.471.391.271.191.12172179194211225) )圖圖, , nK( f，cm ，MP opt8.0 4 . 5kKn= = 也可用也可用 直算，結(jié)果相同。直算，結(jié)果相同。 可得結(jié)論：可得結(jié)論： （1） ，可用于變截面葉片。但，可用于變截面葉片。但 增大，應力增大。增大，應力增大。 （2變截面葉片變截面葉片Kn較小，較小， 向增大方向移動。向增大方向移動。 （3由于應力對負荷不敏感，動應力很小，仍可將寬度下降，由于應力對負荷不敏感，動應力很小，仍可將寬度下降， 一般控制一般控制 即可。即可。 opt 1536164240010542d K（續(xù)例（續(xù)例2 2） 7. 結(jié)論和展望結(jié)論和展望w實際、試驗和理論分析均證明，碰撞減振效果很好。w=0無共振，0