高轉(zhuǎn)速部分進(jìn)氣渦輪盤氣流力及葉片振動響應(yīng)研究

渦輪盤是液體火箭發(fā)動機(jī)和汽輪機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)械的關(guān)鍵部件,通常工作在高溫、高壓和高轉(zhuǎn)速的環(huán)境下,渦輪盤的盤體及葉片易發(fā)生疲勞破壞

,是整個機(jī)組中故障率最高的部件。汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)級和液體火箭二、三級發(fā)動機(jī)的渦輪盤通常采用部分進(jìn)氣模式

,即渦輪盤前進(jìn)氣通道全周僅開一個或多個進(jìn)氣窗口,以保證小流量工況下的氣動效率

。然而,部分進(jìn)氣會使得渦輪盤所受氣流力沿周向分布更加不均勻

,葉片和輪盤在進(jìn)氣弧段受到氣流載荷作用,在非進(jìn)氣弧段則不會受到氣流載荷作用,這種氣流力沿周向的畸變會誘發(fā)葉片的強(qiáng)迫振動,葉片更易產(chǎn)生疲勞破壞

。因此,研究部分進(jìn)氣模式下渦輪盤葉片所受氣流力的特征和振動響應(yīng),對渦輪盤的設(shè)計和安全可靠運行具有重要意義。

研究人員通過數(shù)值計算和實驗的方法對葉片所受的氣流激勵和渦輪盤的振動開展了一定的研究。Hushmandi等對部分進(jìn)氣和全周進(jìn)氣模式下動葉受到的氣流力進(jìn)行了數(shù)值計算,結(jié)果表明部分進(jìn)氣下葉片所受氣流力變化的幅度遠(yuǎn)大于全周進(jìn)氣下氣流力的幅度,部分進(jìn)氣氣流的周向不均勻性在第一級透平表現(xiàn)的更為明顯

;Lampart等對汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級的動葉受到的氣流力進(jìn)行了數(shù)值計算,結(jié)果顯示葉片所受氣流載荷與進(jìn)氣道的開放程度相關(guān)

;Fridh等通過實驗測量了部分進(jìn)氣模式下汽輪機(jī)第一級動葉所受的氣流力,并進(jìn)行了諧響應(yīng)計算,評估了輪盤振動的安全性

;庾明達(dá)等對某核電末級葉片的流場和振動響應(yīng)進(jìn)行了數(shù)值計算,研究了葉柵流道的氣流擾動對葉片振動響應(yīng)的影響

;Wildheim等推導(dǎo)了輪盤結(jié)構(gòu)在氣流力作用下的“三重點”振動理論,并繪制了ZZENF圖來評估某汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級輪盤振動的安全性

;張大義等通過有限元方法計算了某全周進(jìn)氣發(fā)動機(jī)二級靜葉在氣流激勵下的振動響應(yīng),結(jié)果顯示葉片所受的氣流激勵具有多頻性,且葉片的振動響應(yīng)呈拍振的波形

;邱恒斌等基于波傳動法提出了一種考慮圍帶阻尼的渦輪盤振動響應(yīng)的高效求解算法,并采用該方法研究了某真實葉片的振動響應(yīng)

;林蓬成等通過實驗測試了火箭發(fā)動機(jī)渦輪泵受氣流力作用下的動態(tài)響應(yīng),結(jié)果表明氣流力頻率與渦輪盤固有頻率相接近是造成渦輪泵振動過大的原因

;Rzadkowski等采用模態(tài)疊加法計算了部分進(jìn)氣模式下簡單葉片輪盤結(jié)構(gòu)的軸向振動響應(yīng),結(jié)果表明葉片輪盤結(jié)構(gòu)在特定的固有頻率處發(fā)生了共振

;任眾等將渦輪盤簡化為一端固支的單葉片,計算了脈沖氣流力作用下火箭發(fā)動機(jī)渦輪盤葉片的振動響應(yīng),結(jié)果顯示葉片發(fā)生了幅值較大的強(qiáng)迫振動

。

目前對全周進(jìn)氣渦輪盤氣流激振力和葉片振動響應(yīng)的研究已較為成熟,但是對部分進(jìn)氣氣流力的特征和葉片振動響應(yīng)的研究還有待完善。本文研究了部分進(jìn)氣渦輪盤在不同轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣度下葉片所受氣流激振力的頻域特性,計算了某高轉(zhuǎn)速部分進(jìn)氣火箭發(fā)動機(jī)渦輪盤的瞬態(tài)振動響應(yīng)。計算方法和結(jié)論可為渦輪盤的設(shè)計提供參考。

1 部分進(jìn)氣渦輪盤氣流激振力的特征

1.1 部分進(jìn)氣渦輪盤氣流激勵的時域特征

Hushmandi和Fridh分別采用CFD計算和實驗的方法對某汽輪機(jī)兩級透平的流場進(jìn)行了研究,得到了單進(jìn)氣道部分進(jìn)氣模式下第一級動葉所受的氣流載荷,Bellucci

和Tokuyama

等研究了對稱分布的多進(jìn)氣道汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級的流場,給出了對稱分布的雙進(jìn)氣道和三進(jìn)氣道部分進(jìn)氣模式下葉片所受氣流載荷的數(shù)值計算結(jié)果,部分進(jìn)氣模式下葉片所受的氣流載荷如圖1所示。當(dāng)葉片旋轉(zhuǎn)到進(jìn)氣弧段內(nèi),葉片會受到氣流載荷作用,而在非進(jìn)氣段氣流載荷則幾乎為零。葉片所受的氣流載荷在進(jìn)氣段存在一定程度的振蕩,這是由于靜葉尾跡引起的高頻波動造成的。當(dāng)葉片進(jìn)入進(jìn)氣弧段的瞬間,葉片背弧表面先受到氣流的作用,而內(nèi)弧表面尚未受到氣流力的作用,因此氣流力呈現(xiàn)負(fù)值。當(dāng)葉片離開進(jìn)氣弧段的瞬間,葉片背弧表面不再受到氣流力的作用,僅內(nèi)弧表面受到氣流力的作用,葉片受到的氣流載荷存在明顯的凸尖,該現(xiàn)象稱為Kick效應(yīng)

,Kick效應(yīng)的存在增大了葉片最大氣流力的幅值,也必然增大葉型上氣流的最大彎曲應(yīng)力。

基于已有文獻(xiàn)中數(shù)值計算和實驗的結(jié)果,以葉片運行時旋轉(zhuǎn)的周向位置為橫軸,繪制部分進(jìn)氣模式下無量綱氣流載荷的曲線,如圖2所示,圖2中忽略了靜葉尾跡引起的與噴嘴數(shù)相關(guān)的高頻氣流力。

為部分進(jìn)氣弧段對應(yīng)的周向角度;

為單只葉片完全進(jìn)入(或離開)進(jìn)氣窗口所經(jīng)過的周向角度;

為從葉片進(jìn)入(或離開)進(jìn)氣弧段到氣流載荷達(dá)到Kick效應(yīng)沖擊峰值的周向角度;

、

分別為葉片進(jìn)入和離開進(jìn)氣弧段的沖擊系數(shù),其定義為沖擊峰值和進(jìn)氣弧段內(nèi)氣流力幅值的比值。在無量綱氣流力中,

、

即為圖2中

點和

點的縱坐標(biāo)大小。為方便后續(xù)計算,將進(jìn)氣弧段占據(jù)全周的比例定義為進(jìn)氣度

。

1.2 進(jìn)氣度對氣流激勵特性的影響

為研究進(jìn)氣度對氣流激勵特性的影響,在功率不變的情況下,選取了0.15和0.45兩種進(jìn)氣度,繪制了不同進(jìn)氣度下30 000 r/min轉(zhuǎn)速的葉片所受氣流載荷的曲線,并采用FFT方法計算了其頻譜,如圖3所示。

從圖3(a)可以看出,隨著進(jìn)氣度減小,氣流力增大,這是保持部分進(jìn)氣模式下渦輪盤的功率不變的必然結(jié)果。在圖3(b)中橫坐標(biāo)為激振頻率,縱坐標(biāo)為氣流力諧波分量的幅值,可以看出,隨著頻率的增大,不同頻率處氣流力分量的幅值整體呈下降趨勢,但是中間有反復(fù),例如部分進(jìn)氣度為0.15的情況下,3 kHz處氣流力分量幅值接近0,然而5.5 kHz和6 kHz處幅值仍然較大。相較于0.45進(jìn)氣度,0.15進(jìn)氣度下高頻處氣流力分量的幅值更大。

一些學(xué)者對部分進(jìn)氣模式下葉片所受的氣流載荷進(jìn)行了研究,整理得到Kick效應(yīng)的沖擊系數(shù)如表3所示。

物資采購工作應(yīng)當(dāng)做到與時俱進(jìn)，物資采購的價格、市場以及外界各種因素都處于日益變化狀態(tài)之中，意味著物資采購人員的工作能力、業(yè)務(wù)能力也必須做到與時俱進(jìn)。因此，企業(yè)需要加強(qiáng)物資采購人員的培訓(xùn)力度，主要培訓(xùn)內(nèi)容有：采購成本控制、合同風(fēng)險認(rèn)識與防范、采購人員廉潔意識培養(yǎng)等等，同時加強(qiáng)核算人員加強(qiáng)對物資采購成本進(jìn)行及時核算，以保障物資采購人員以及企業(yè)能夠?qū)Σ少彸杀具M(jìn)行合理管控，使其整個采購環(huán)節(jié)更加規(guī)范。

1.3 轉(zhuǎn)速對氣流激勵特性的影響

為研究轉(zhuǎn)速對部分進(jìn)氣氣流激勵特性的影響,選取了6 000 r/min和30 000 r/min兩種轉(zhuǎn)速,繪制了葉片所受氣流載荷的曲線,并計算了其頻譜,如圖4所示,進(jìn)氣度均為0.15。

一屆屆的學(xué)生與自己所在學(xué)校的校園建筑朝夕相處，難免每個人都會在學(xué)校的某個角落里，有著特別的記憶。一間教室、一間宿舍里都有可能有著一段難忘的回憶，但是這些故事情感與共鳴感的傳播只局限在當(dāng)事人的人際交往圈中，無法達(dá)到多個人際交往圈的重疊并產(chǎn)生更高程度上的情感共鳴。我們團(tuán)隊所做的校園漫游社交APP正是為此而生。團(tuán)隊旨在將這個APP建立成為一個情感寄托與聯(lián)系的平臺，為還在學(xué)校的以及已經(jīng)畢業(yè)的莘莘學(xué)子，創(chuàng)造一個記錄服務(wù)校園生活，分享交流對學(xué)校的情感，穩(wěn)固學(xué)生與學(xué)校的關(guān)系，建立牢固關(guān)系紐帶的一個記錄分享服務(wù)型平臺。

由圖4(b)可以看出,在高頻處,30 000 r/min產(chǎn)生的激振力分量幅值明顯大于6 000 r/min下的情況。在部分進(jìn)氣模式下,高轉(zhuǎn)速渦輪盤在高頻處仍有很大的激振力。這是由于在6 000 r/min和30 000 r/min兩種轉(zhuǎn)速下,葉片旋轉(zhuǎn)一周的時間分別為10 ms和2 ms,在0.15進(jìn)氣度下,葉片旋轉(zhuǎn)經(jīng)過一次進(jìn)氣弧段的時間僅為1.5 ms和0.3 ms。與之相比,一般模態(tài)試驗時力錘敲擊產(chǎn)生的脈沖激勵的時間約為1～20 ms,可見葉片經(jīng)過進(jìn)氣弧段的時間已相當(dāng)于力錘敲擊產(chǎn)生的脈沖激勵時間,葉片所受氣流激勵會產(chǎn)生高階的激振頻率。所以,在進(jìn)行渦輪盤的振動分析時,必須考慮部分進(jìn)氣模式下氣流脈沖效應(yīng)產(chǎn)生的高頻氣流激勵的作用。

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子提花機(jī)控制系統(tǒng)的主控制器芯片由傳統(tǒng)的工控機(jī)[1]、單片機(jī)[2-3]逐步發(fā)展到嵌入式ARM[4-5]，F(xiàn)PGA[6]，主控制器獲取花型數(shù)據(jù)的方式也呈現(xiàn)出多樣化，由傳統(tǒng)的軟盤讀取，到逐步采用SD卡[7]、優(yōu)盤[8]以及網(wǎng)絡(luò)獲取[9].為了提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣龋瑪?shù)據(jù)傳輸方式有了一些改進(jìn)，但對大針數(shù)提花機(jī)來說，數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣忍岣咝Ч幻黠@.

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2 渦輪盤振動響應(yīng)的計算方法

(1)

式中:

為單元的幾何矩陣;

為熱環(huán)境下單元的應(yīng)力應(yīng)變矩陣,與材料的彈性模量

及泊松比

有關(guān)。

2.規(guī)范樣品收集和保存制備流程，合理選用檢驗方法。樣品的采集和保存制備流程要嚴(yán)格遵照相關(guān)規(guī)定和章程，采用隨機(jī)抽樣的方法，采樣后采用低溫、密封、固定待測分組等措施進(jìn)行樣品保存。

近年來，信陽師范學(xué)院充分利用大別山區(qū)紅色文化，將大別山紅色文化根植于思想政治工作全過程，積極推進(jìn)紅色文化實踐育人，在實踐中利用好紅色文化資源、發(fā)揚紅色文化傳統(tǒng)、傳承紅色基因。

(2)

式中:

為單元的形函數(shù)矩陣;

為離心應(yīng)力矩陣;

為熱應(yīng)力矩陣。

整理得到考慮離心剛化效應(yīng)、熱應(yīng)力和材料屬性變化的結(jié)構(gòu)運動微分方程為

(3)

由部分進(jìn)氣模式下葉片所受氣流激勵的研究可知,葉片只有旋轉(zhuǎn)到進(jìn)氣弧段附近時才承受氣流載荷的作用,不同葉片所受的氣流載荷存在相位差,第

只葉片所受的氣流載荷為

(4)

目標(biāo)成本的控制和實現(xiàn)應(yīng)該貫穿建設(shè)工程項目的整個過程。一般目標(biāo)成本有多個版本，例如，拿地版本、立項版本、概念設(shè)計（或初步設(shè)計）版本、擴(kuò)初設(shè)計版本、施工圖設(shè)計版本等，顆粒度越來越細(xì)，子項越來越多，很多企業(yè)的目標(biāo)成本一直到施工圖設(shè)計階段才能得到比較準(zhǔn)確的估計，因此，做目標(biāo)成本要類似于做限額設(shè)計，在不同階段調(diào)整子項目數(shù)量及精細(xì)化程度，然后保證目標(biāo)成本總額穩(wěn)定，根據(jù)實際情況進(jìn)行調(diào)整。

采用模態(tài)疊加法對振動微分方程進(jìn)行求解,模態(tài)坐標(biāo)表示的振動微分方程

為

(5)

式中:

為第

階模態(tài)的固有頻率;

為模態(tài)阻尼系數(shù)。

截取前

階模態(tài)的振動響應(yīng)進(jìn)行疊加,得到有限元的節(jié)點位移,表示為

(6)

式中:

為第

階模態(tài)的振型。

3 有限元模型的建立及驗證

3.1 研究對象

研究對象為某液體火箭發(fā)動機(jī)的部分進(jìn)氣渦輪盤,渦輪盤共有53只葉片,材料為鎳基高溫合金GH4586,密度為8 390 kg/m

,泊松比為0.3,不同溫度下的彈性模量如表1所示,渦輪盤的直徑為0.176 m,葉片展弦比和輪轂比分別為1.97和0.71,葉高為0.025 m,葉片和輪盤一體成型,設(shè)計的進(jìn)氣度為0.15,采用ICEM軟件對渦輪盤進(jìn)行結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分,渦輪盤的結(jié)構(gòu)及網(wǎng)格如圖5所示。

考慮一定的安全余量，并圓整上述數(shù)據(jù)可得到：驅(qū)動機(jī)構(gòu)中輪對與內(nèi)空心軸、內(nèi)空心軸與電機(jī)垂向上空隙設(shè)計值Gd定為50 mm，垂向下空隙設(shè)計值Gu定為30 mm，以此保證車輛運行過程中直驅(qū)機(jī)構(gòu)與驅(qū)動軸不發(fā)生干涉。

3.2 模態(tài)計算以及模型驗證

采用有限元商業(yè)軟件ANSYS進(jìn)行數(shù)值模擬,在溫度場和振動響應(yīng)的計算中,分別選取8節(jié)點六面體單元solid70和solid185對渦輪盤進(jìn)行有限元離散。計算渦輪盤的穩(wěn)態(tài)溫度場,得到渦輪盤的溫度場分布如圖6所示。

在渦輪盤的內(nèi)環(huán)表面施加固定約束,考慮材料屬性變化、溫度應(yīng)力和離心剛化效應(yīng)的影響進(jìn)行模態(tài)分析,采用網(wǎng)格數(shù)為35萬、45萬和55萬的有限元模型進(jìn)行網(wǎng)格無關(guān)性驗證,對比2節(jié)徑第1階振型的固有頻率,如圖7所示,當(dāng)網(wǎng)格數(shù)超過35萬時,有限元計算結(jié)果的誤差在0.4%之內(nèi),差異較小。

45萬網(wǎng)格下有限元模型數(shù)值計算與實驗測量得到的固有頻率如表2所示,二者的最大誤差在3%之內(nèi),說明了有限元計算結(jié)果的正確性。

在麥當(dāng)勞吃完炸雞腿和漢堡，大林帶著倩倩去了頂樓的游樂場。低劣的投幣游戲器材，孩子們坐在小雞小豬的背上享受童年的樂趣。無憂的樂趣。父女倆拿著橡皮錘打了東躲西藏的老鼠，換來了一個氣球的獎品。牽著飄飛的氣球，倩倩洋溢著榮譽的笑臉。

采用45萬網(wǎng)格的有限元模型進(jìn)行模態(tài)計算,渦輪盤前120階振型的固有頻率如圖8所示,可以看出,離心力對該渦輪盤固有頻率的影響較小,而溫度對固有頻率的影響較大。在考慮材料屬性變化、溫度應(yīng)力和離心剛化效應(yīng)的情況下,計算得到的固有頻率平均下降了10.3%。第15～65階振型的固有頻率集中在6 500 Hz附近,第17階(2節(jié)徑第2階)振型如圖9所示,在這些振型中只有葉片會發(fā)生振動。

由數(shù)據(jù)可見，東營地區(qū)4月29日，太陽能電池板對蓄電池組的有效充電時間為7：00-16：50，中午時段太陽直射時充電電流最大。

4 某部分進(jìn)氣渦輪盤振動響應(yīng)的分析

考慮材料屬性變化、溫度應(yīng)力和離心剛化效應(yīng)進(jìn)行模態(tài)計算,選取前120階的振型,采用模態(tài)疊加法計算部分進(jìn)氣氣流力作用下渦輪盤的振動響應(yīng),模態(tài)阻尼系數(shù)選取為0.035。

4.1 轉(zhuǎn)速對葉片振動響應(yīng)的影響

以往的研究表明,在全周進(jìn)氣模式下通常只需避開氣流力1～6倍頻的激振頻率,以避免渦輪盤的共振

。然而,在部分進(jìn)氣模式下,尤其是小進(jìn)氣度的情況,氣流力在某些高于6倍頻的頻率處仍存在較大幅值。因此,對于部分進(jìn)氣模式下渦輪盤的振動分析,僅考慮低倍頻的氣流力是不充分的。

本文的研究對象為沖擊式渦輪盤,其葉型與Tokuyama

和Yoshida

研究的葉型相似。對比0.15進(jìn)氣度下,沖擊系數(shù)

為0

4,

為1.4、1.6和1.8的無量綱氣流力諧波分量的幅值,如表4所示,氣流力諧波分量幅值的差異在5%之內(nèi),相差較小,因此本文沖擊系數(shù)

、

大致選取為0.4和1.6。

3.實習(xí)崗位安排不當(dāng)。在頂崗實習(xí)過程中，實習(xí)崗位安排的不妥當(dāng)以及實習(xí)崗位的不足都會影響到學(xué)生對于本行業(yè)的認(rèn)識，從而影響頂崗實習(xí)的效果，甚至影響到酒店的工作效率。

在葉片上施加考慮Kick效應(yīng)的氣流激勵,葉片受到的穩(wěn)定切向氣流力合力為112.5 N,無量綱氣流載荷曲線如圖4(a)所示,進(jìn)氣度為0.15,研究6 000 r/min和30 000 r/min轉(zhuǎn)速下渦輪盤的振動響應(yīng)。

Drynuary:翻譯為中文是戒酒的一月。因為圣誕節(jié)和新年的連續(xù)過量飲酒，為了彌補健康方面的損失，決定一月的一整個月都戒酒。

式中:

為葉片在進(jìn)氣弧段附近所受氣流載荷的表達(dá)式;

為渦輪盤的旋轉(zhuǎn)周期;

為渦輪盤的動葉片總數(shù)。

30 000 r/min轉(zhuǎn)速下渦輪盤的位移云圖如圖10(a)所示,可以看到,渦輪盤主要發(fā)生葉片的切向振動,最大位移位于葉尖處;對比不同轉(zhuǎn)速下1個旋轉(zhuǎn)周期

內(nèi)葉尖的振動響應(yīng),切向位移曲線如圖10(b)所示。

由圖10(b)可知,30 000 r/min轉(zhuǎn)速下葉片振幅明顯大于6 000 r/min轉(zhuǎn)速;在非進(jìn)氣弧段,葉片以離開進(jìn)氣弧段時的振幅為初始振幅,發(fā)生自由衰減振動。

對葉尖的振動響應(yīng)進(jìn)行頻譜分析,結(jié)果如圖11所示,當(dāng)轉(zhuǎn)速為6 000 r/min時,葉尖振動響應(yīng)的頻域分布與氣流激勵的頻域分布基本一致,僅在葉片的固有頻率(6 500 Hz)附近存在一定的差異;當(dāng)轉(zhuǎn)速為30 000 r/min時,葉尖振動響應(yīng)在6 000 Hz(12倍頻)處的振動幅值較大,在6 500 Hz處的振動幅值反而較小,這是由于在該頻率處氣流力分量的幅值接近于0,氣流激勵過小使得該頻率處葉尖的振動幅值也較小。

各倍頻處葉尖振動響應(yīng)的幅值如表5所示,由表5可知:在1～6倍頻處,不同轉(zhuǎn)速下葉尖的振動幅值較為接近,其中1倍頻的振動幅值最大;在11～13等高倍頻處,高轉(zhuǎn)速下渦輪盤的葉尖振動幅值明顯大于低轉(zhuǎn)速的情況。在30 000 r/min轉(zhuǎn)速下,12倍頻(6 000 Hz)處渦輪盤葉尖的振動幅值達(dá)到了1倍頻振動幅值的68%,這是因為氣流激勵引起了固有頻率附近的強(qiáng)迫振動,再次說明了在部分進(jìn)氣模式下只考慮前6倍頻氣流力對渦輪盤振動的影響是不充分的。

30 000 r/min轉(zhuǎn)速下渦輪盤的等效應(yīng)力云圖如圖12(a)所示,最大應(yīng)力位于葉片根部倒角處。對比不同轉(zhuǎn)速下1個旋轉(zhuǎn)周期

內(nèi)葉片根部倒角位置的動應(yīng)力,不同轉(zhuǎn)速下葉片根部倒角的等效應(yīng)力曲線如圖12(b)所示,在30 000 r/min下,渦輪盤的最大應(yīng)力為113 MPa,對比6 000 r/min的計算結(jié)果,最大應(yīng)力提升了37.8%,在非進(jìn)氣弧段,葉片根部倒角位置的動應(yīng)力也存在明顯提升。

4.2 進(jìn)氣度對葉片振動響應(yīng)的影響

計算0.15和0.45兩種進(jìn)氣度下渦輪盤的振動響應(yīng),渦輪盤的轉(zhuǎn)速為30 000 r/min,功率為178.6 kW,葉片受到的穩(wěn)定切向氣流力合力分別為112.5 N和37.5 N,無量綱氣流載荷曲線如圖3(a)所示,不同進(jìn)氣度下葉尖的振動響應(yīng)如圖13所示。

由圖13可知,0.15和0.45進(jìn)氣度下渦輪盤葉尖的最大振動幅值分別為24.4 μm和8.17 μm,0.15進(jìn)氣度下渦輪盤葉尖的最大振動幅值為0.45進(jìn)氣度的2.99倍。

對葉尖的振動響應(yīng)進(jìn)行頻譜分析,如圖14所示,可以看出,在0.45進(jìn)氣度下,葉尖振動響應(yīng)在6 000 Hz、6 500 Hz和7 000 Hz處的振動幅值較大,氣流激勵同樣激起了葉片在固有頻率附近的強(qiáng)迫振動,在非共振區(qū)域,0.45進(jìn)氣度下各倍頻處葉尖的振動響應(yīng)幅值均比0.15進(jìn)氣度小,該現(xiàn)象與氣流激勵特性的分析結(jié)果一致。

0.45進(jìn)氣度下渦輪盤的等效應(yīng)力云圖如圖15(a)所示,不同進(jìn)氣度下葉片根部倒角位置的等效應(yīng)力曲線如圖15(b)所示,0.45進(jìn)氣度下渦輪盤的最大應(yīng)力為38.1 MPa,較0.15進(jìn)氣度減小了66.3%?？梢姰?dāng)渦輪盤的轉(zhuǎn)速和功率相同時,小進(jìn)氣度工況下的氣流力會激起幅值更大的葉片振動,并產(chǎn)生更大的動應(yīng)力。

5 結(jié) 論

本文研究了高轉(zhuǎn)速部分進(jìn)氣渦輪盤葉片所受氣流力的特性和渦輪盤的振動響應(yīng)。通過對比不同轉(zhuǎn)速和部分進(jìn)氣度,分析了葉片所受氣流力的時頻域特性;采用有限元方法求解了某高轉(zhuǎn)速部分進(jìn)氣火箭渦輪盤的瞬態(tài)振動響應(yīng),并進(jìn)行了葉片振動響應(yīng)的時頻域分析。主要結(jié)論有以下幾點:

(1)部分進(jìn)氣模式下葉片所受氣流激勵可以視作周期性的脈沖激勵,提高轉(zhuǎn)速或減小進(jìn)氣度都會使得氣流力在高頻處的幅值增大;

(2)葉片振動響應(yīng)的計算結(jié)果表明,在高轉(zhuǎn)速小部分進(jìn)氣度的情況下,高于6倍頻的氣流力諧波分量仍能激起渦輪盤葉片幅值較大的強(qiáng)迫振動;

(3)渦輪盤的最大等效應(yīng)力位于葉片的根部倒角處,適當(dāng)提高渦輪盤的進(jìn)氣度,能降低各倍頻處葉片的振動幅值,同時降低渦輪盤的動應(yīng)力。

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