基于分形接触理论的拉杆转子结合面热阻特性研究
发布时间：2021-06-23 03:23
拉杆转子作为燃气轮机的核心部件,其存在大量结合面,整体构架上是非连续的,这使得其动力学、热力学分析较整体转子更为复杂。本文基于分形接触理论,运用理论分析和试验研究的方法,对拉杆转子的动力学及结合面接触传热特性进行了研究。根据分形接触理论,对拉杆转子轮盘接触面间的静摩擦系数进行了数值仿真和试验研究,研究具有不同粗糙度的车削加工金属轮盘表面、在不同法向载荷作用下,其静摩擦系数的变化规律。研究了系统临界转速随拉杆预紧力、轮盘接触面粗糙度、转子温度的变化规律。研究发现,当粗糙度一定时,临界转速随拉杆预紧力的增加而上升;当拉杆预紧力一定时,临界转速随粗糙度减小而上升;在相同粗糙度和拉杆预紧力作用下,转子温度升高,系统的临界转速将下降。以拉杆转子轮盘结合面接触热阻为研究对象,建立了拉杆转子轮盘结合面接触热阻分形模型。分析了轮盘结合面接触热阻随拉杆预紧力、轮盘表面粗糙度及结合面温度的变化规律。使用有限元软件计算了不同工况下拉杆转子的温度场分布。设计搭建了试验平台,测量了拉杆转子温度场分布规律,校核了理论模型的适用性。研究发现,结合面接触传热系数随着拉杆预紧力增大而增大;随着轮盘表面粗糙度的增大而减小...
【文章来源】：上海应用技术大学上海市
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
燃气轮机结构解剖模型
转子轴承系统的动力学问题非常重要。拉杆转子与整体转子的主要区别就是轮盘之间大量存在的接触面，因此，轮盘表面之间的接触模型就成为人们关注的重点。文献[35]采用试验和有限元方法，研究了轮盘表面间的接触刚度问题。基于结合面分形接触理论[36]，对不同机械加工方法，通过试验手段获得了接触表面分形维数、分形粗糙度参数与接触表面粗糙度之间的关系后，就可以得到接触表面间的法向和切向接触刚度[16]，该方法更接近工程实际。1.2.2 轮盘结合面接触传热研究概况在分布式拉杆转子中，每两块轮盘直接相接触的面称为结合面，轮盘结合面如图 1所示。因为结合面大量存在于拉杆转子中，导致拉杆转子的非连续性，进而导致了问题的复杂。其中一个问题就是结合面的存在导致两块轮盘之间接触不充分，故而传热过程不像理想接触状态那样简单，包含接触金属间的热传导、间隙媒介热传导、间隙空间热辐射这三种[37]。这些热阻在拉杆预紧力、轮盘表面粗糙度等因素的影响下都将发生变化由此联想到实际运行的燃气轮机转子，结合面接触热阻的变化将导致转子受到的热应力发生改变，从而影响整个拉杆转子的运行工况[12]。因此，拉杆转子结合面处热阻特性的研究显得尤为重要。
削加工金属轮盘表面、在不同法向载荷作用下，其静摩擦系数的变化规律，验证分形接触理论模型的有效性。同时，为汽轮机周向拉杆转子的设计、运行提供参考。2.2 轮盘接触面分形参数根据分形接触理论[36]，粗糙表面轮廓函数 z( x)的分形维数 D 和分形粗糙度参数 G可以通过轮廓函数 的结构函数求得。为了用试验方法研究粗糙表面分形维数、粗糙度参数与粗糙度的关系，同时，也是为了研究粗糙接触表面的摩擦特性，共设计、制作了 40 个拉杆转子轮盘，每组 5 个，分为 8 组。设计要求轮盘接触端面的粗糙度分别为：0.4、0.8、1.6、3.2、6.3、12.5、25、50，但是，在实际加工过程中，个别轮盘接触端面的粗糙度与设计要求值存在较大差异，导致一组轮盘报废，其余轮盘组的平均粗糙度分别为：0.34、0.92、1.61、5.31、10.34、28.41 和 52.45，共 7 组。根据分形接触理论，分析计算分形维数、粗糙度参数时，以实际测量粗糙度值为准。轮盘外径、内径和厚度分别为 140、 80 和 37。轮盘材料为 45钢，整体调质处理 HB220~250。轮盘端面粗糙度的测量，采用 New Form Talysurf 200mm型表面轮廓仪，如图 2.1 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]燃气轮机技术全球专利态势分析[J]. 李婧,古翔,蔡静,许海云,宋时立,肖国华. 世界科技研究与发展. 2017(06)
[2]H级重型燃气轮机的最新发展概况[J]. 赵龙生,钟史明,王肖祎. 燃气轮机技术. 2017(03)
[3]考虑弹塑性变形的结合面静摩擦系数分形模型[J]. 李小彭,王雪,运海萌,安镰锤. 东北大学学报(自然科学版). 2016(05)
[4]重型燃气轮机现状与发展趋势[J]. 蒋洪德,任静,李雪英,谭勤学. 中国电机工程学报. 2014(29)
[5]拉杆转子临界转速随拉紧力变化规律试验[J]. 何鹏,刘占生,黄飞淋,刘镇星. 振动.测试与诊断. 2014(04)
[6]预紧饱和下盘式周向拉杆转子-轴承系统动力学特性分析及实验研究[J]. 卢明剑,耿海鹏,徐国徽,虞烈. 振动工程学报. 2014(01)
[7]金属材料表面静摩擦学特性的预测研究——实验佐证[J]. 田红亮,刘芙蓉,赵春华,方子帆,朱大林,陈保家,秦红玲,张发军. 振动与冲击. 2014(01)
[8]电力市场环境下燃气轮机调峰交易模式研究[J]. 王娟娟,吕泉,李卫东,赵闻蕾. 电力自动化设备. 2014(01)
[9]轴承结合部动态参数识别与等效分析模型的研究[J]. 方兵,张雷,赵继,曲兴田. 西安交通大学学报. 2012(11)
[10]考虑接触刚度的燃气轮机拉杆转子动力特性研究[J]. 李辉光,刘恒,虞烈. 振动与冲击. 2012(07)
博士论文
[1]弹塑性接触和温度分布对拉杆转子动力学特性的影响研究[D]. 何鹏.哈尔滨工业大学 2013
[2]精密数控机床及其典型结合面理论建模与实验研究[D]. 方兵.吉林大学 2012
[3]机械结构固定结合部虚拟材料的动力学建模[D]. 田红亮.华中科技大学 2011
[4]分形理论的若干应用[D]. 邹明清.华中科技大学 2007
硕士论文
[1]分布式拉杆转子动力学特性分析[D]. 何鹏.哈尔滨工业大学 2009
本文编号：3244129
【文章来源】：上海应用技术大学上海市
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
燃气轮机结构解剖模型
转子轴承系统的动力学问题非常重要。拉杆转子与整体转子的主要区别就是轮盘之间大量存在的接触面，因此，轮盘表面之间的接触模型就成为人们关注的重点。文献[35]采用试验和有限元方法，研究了轮盘表面间的接触刚度问题。基于结合面分形接触理论[36]，对不同机械加工方法，通过试验手段获得了接触表面分形维数、分形粗糙度参数与接触表面粗糙度之间的关系后，就可以得到接触表面间的法向和切向接触刚度[16]，该方法更接近工程实际。1.2.2 轮盘结合面接触传热研究概况在分布式拉杆转子中，每两块轮盘直接相接触的面称为结合面，轮盘结合面如图 1所示。因为结合面大量存在于拉杆转子中，导致拉杆转子的非连续性，进而导致了问题的复杂。其中一个问题就是结合面的存在导致两块轮盘之间接触不充分，故而传热过程不像理想接触状态那样简单，包含接触金属间的热传导、间隙媒介热传导、间隙空间热辐射这三种[37]。这些热阻在拉杆预紧力、轮盘表面粗糙度等因素的影响下都将发生变化由此联想到实际运行的燃气轮机转子，结合面接触热阻的变化将导致转子受到的热应力发生改变，从而影响整个拉杆转子的运行工况[12]。因此，拉杆转子结合面处热阻特性的研究显得尤为重要。
削加工金属轮盘表面、在不同法向载荷作用下，其静摩擦系数的变化规律，验证分形接触理论模型的有效性。同时，为汽轮机周向拉杆转子的设计、运行提供参考。2.2 轮盘接触面分形参数根据分形接触理论[36]，粗糙表面轮廓函数 z( x)的分形维数 D 和分形粗糙度参数 G可以通过轮廓函数 的结构函数求得。为了用试验方法研究粗糙表面分形维数、粗糙度参数与粗糙度的关系，同时，也是为了研究粗糙接触表面的摩擦特性，共设计、制作了 40 个拉杆转子轮盘，每组 5 个，分为 8 组。设计要求轮盘接触端面的粗糙度分别为：0.4、0.8、1.6、3.2、6.3、12.5、25、50，但是，在实际加工过程中，个别轮盘接触端面的粗糙度与设计要求值存在较大差异，导致一组轮盘报废，其余轮盘组的平均粗糙度分别为：0.34、0.92、1.61、5.31、10.34、28.41 和 52.45，共 7 组。根据分形接触理论，分析计算分形维数、粗糙度参数时，以实际测量粗糙度值为准。轮盘外径、内径和厚度分别为 140、 80 和 37。轮盘材料为 45钢，整体调质处理 HB220~250。轮盘端面粗糙度的测量，采用 New Form Talysurf 200mm型表面轮廓仪，如图 2.1 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]燃气轮机技术全球专利态势分析[J]. 李婧,古翔,蔡静,许海云,宋时立,肖国华. 世界科技研究与发展. 2017(06)
[2]H级重型燃气轮机的最新发展概况[J]. 赵龙生,钟史明,王肖祎. 燃气轮机技术. 2017(03)
[3]考虑弹塑性变形的结合面静摩擦系数分形模型[J]. 李小彭,王雪,运海萌,安镰锤. 东北大学学报(自然科学版). 2016(05)
[4]重型燃气轮机现状与发展趋势[J]. 蒋洪德,任静,李雪英,谭勤学. 中国电机工程学报. 2014(29)
[5]拉杆转子临界转速随拉紧力变化规律试验[J]. 何鹏,刘占生,黄飞淋,刘镇星. 振动.测试与诊断. 2014(04)
[6]预紧饱和下盘式周向拉杆转子-轴承系统动力学特性分析及实验研究[J]. 卢明剑,耿海鹏,徐国徽,虞烈. 振动工程学报. 2014(01)
[7]金属材料表面静摩擦学特性的预测研究——实验佐证[J]. 田红亮,刘芙蓉,赵春华,方子帆,朱大林,陈保家,秦红玲,张发军. 振动与冲击. 2014(01)
[8]电力市场环境下燃气轮机调峰交易模式研究[J]. 王娟娟,吕泉,李卫东,赵闻蕾. 电力自动化设备. 2014(01)
[9]轴承结合部动态参数识别与等效分析模型的研究[J]. 方兵,张雷,赵继,曲兴田. 西安交通大学学报. 2012(11)
[10]考虑接触刚度的燃气轮机拉杆转子动力特性研究[J]. 李辉光,刘恒,虞烈. 振动与冲击. 2012(07)
博士论文
[1]弹塑性接触和温度分布对拉杆转子动力学特性的影响研究[D]. 何鹏.哈尔滨工业大学 2013
[2]精密数控机床及其典型结合面理论建模与实验研究[D]. 方兵.吉林大学 2012
[3]机械结构固定结合部虚拟材料的动力学建模[D]. 田红亮.华中科技大学 2011
[4]分形理论的若干应用[D]. 邹明清.华中科技大学 2007
硕士论文
[1]分布式拉杆转子动力学特性分析[D]. 何鹏.哈尔滨工业大学 2009
本文编号：3244129
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