轴流压气机不同工况下燃气轮机转轴受力及振动特性分析

发布时间：2017-04-04 21:04

  本文关键词：轴流压气机不同工况下燃气轮机转轴受力及振动特性分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：燃气轮机组作为新兴机组,在我国总装机容量中占有的比例越来越大,而燃机技术的瓶颈极大的限制了国内燃机的发展。本文选题基于这样的大环境,同时着眼于国内对燃机结构与流体研究分离的现状,旨在弥补燃机技术结构与流体两者关联研究的空白,并为后续燃气发电机组轴系受力与振动分析打下基础。本文采用Pro/E建模、Ansys后续简化分析的思路对轴流压气机的工作状态和失速后的激振力进行了分析,并通过结构模块对转子在激振力作用下的振动进行了仿真分析。研究内容及成果如下:(1)对轴流压气机的结构和工作原理进行分析,得到了轴流压气机工况下的受力原理。通过公式明确了轴流压气机的做功主要包括气体动能的变化和内部压力势能的变化,并当动叶级发生部分旋转失速时,考虑失速团的传播转子将受到与失速团传播等频率的切向激振力作用。(2)模拟得出了特定轴流压气机流量-全压特性曲线,并对轴流压气机不同工况进行了仿真。仿真结果表明:在正常工况下,轴流压气机整体只受轴向力和力矩的作用,且整体受到轴向力和力矩与单个叶片所受合力成一定的比例关系;切向力和力矩与流量呈现相同的变化趋势,而轴向力与之相反;随着转速的增大叶片的轴向力、力矩和切向力不断增大;随着全压的增加,轴向力呈线性关系不断增大,力矩和切向力整体保持在一定的水平。(3)从轴流压气机的失速分类出发,对轴流压气机失速过程进行仿真,得出仿真过程的模拟数据并分析。仿真结果表明:叶片的受力在失速的起始阶段有骤变,完全失速阶段的变化频率与失速区域传播频率一致。失速区域的传播速度一般在转速的30%-50%范围内,且振动频率中存在过叶片频率、失速频率及其倍频成分。(4)从机械结构与振动角度出发,对转子结构和振动进行了仿真分析。得出叶片在叶根处的等效应力和应变较大,其中叶片前缘的中间位置和叶片后沿的叶根处尤其需要注意;同时转子在受力矩作用下,其应力应变数值和变形数值的大小区域完全相反,且转子在受到失速团激振力作用下会发生与其传播速度等频率的受迫振动。
【关键词】：轴流压气机 燃气轮机组 转子 失速 振动
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH453
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.2.1 轴流压气机失速研究现状10-12
• 1.2.2 燃气轮机组转轴受力振动研究现状12-13
• 1.3 本文研究工作13-14
• 1.3.1 研究内容13
• 1.3.2 研究方法13-14
• 第2章 轴流压气机结构及受力14-25
• 2.1 轴流压气机结构及原理14-15
• 2.1.1 轴流压气机结构14-15
• 2.1.2 轴流压气机工作原理15
• 2.2 轴流压气机工作参数及关系15-16
• 2.2.1 轴流压气机工作参数15-16
• 2.2.2 轴流压气机参数关系16
• 2.3 轴流压气机工作过程16-18
• 2.3.1 轴流压气机增压过程16-17
• 2.3.2 轴流压气机的速度三角形17-18
• 2.4 轴流压气机的受力情况分析18-23
• 2.4.1 单个动叶栅的受力与功能关系18-19
• 2.4.2 静叶栅的受力19
• 2.4.3 稳定运行下动叶栅级受力情况19-21
• 2.4.4 部分旋转失速状态下叶栅受力情况21-23
• 2.5 本章小结23-25
• 第3章 不同工况下轴流压气机受力仿真分析25-38
• 3.1 仿真分析软硬件25
• 3.2 轴流压气机模型25-26
• 3.2.1 轴流压气机动叶模型25-26
• 3.2.2 轴流压气机转子模型26
• 3.3 仿真计算26-28
• 3.3.1 仿真过程中的参数设定26
• 3.3.2 轴流压气机单级工作特性26-28
• 3.4 仿真结果分析28-37
• 3.4.1 正常工况下压气机受力28-31
• 3.4.2 流量对压气机受力的影响31-32
• 3.4.3 转速对压气机受力的影响32-36
• 3.4.4 变工况下压气机受力的影响36-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第4章 轴流压气机失速过程仿真分析38-48
• 4.1 轴流压气机失速引发条件38
• 4.2 轴流压气机失速过程38-40
• 4.2.1 轴流压气机失速区域运动过程39
• 4.2.2 轴流压气机特性曲线扩展39-40
• 4.3 轴流压气机失速仿真40-44
• 4.3.1 失速前后相对速度变化40-42
• 4.3.2 失速团的传播42-44
• 4.4 失速过程参数分析44-47
• 4.4.1 失速团传播速度45
• 4.4.2 速度波动规律45-46
• 4.4.3 受力特性分析46-47
• 4.5 本章小结47-48
• 第5章 轴流压气机叶片及转轴振动仿真分析48-63
• 5.1 轴流压气机振动分类及机理48-49
• 5.1.1 轴流压气机振动分类48
• 5.1.2 轴流压气机振动机理48-49
• 5.2 轴流压气机模态仿真49-54
• 5.2.1 轴流压气机叶片模态分析49-52
• 5.2.2 轴流压气机转子模态分析52-54
• 5.3 结构及振动仿真分析54-62
• 5.3.1 轴流压气机叶片结构及振动分析54-56
• 5.3.2 轴流压气机转子振动56-62
• 5.4 本章小结62-63
• 第6章 结论与展望63-65
• 6.1 结论63-64
• 6.2 展望64-65
• 参考文献65-68
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果68-69
• 致谢69

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