带冠涡轮叶片动力特性理论与试验研究

admin · 发表于 2022-9-29 09:44:45

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本文采用理论和试验相结合的方法，对带冠涡轮叶片的振动特性进行研究，对比带有碰撞阻尼和干摩擦阻尼结构叶片的振动特性和阻尼效果。由于目前针对干摩擦阻尼的研究成果较多，针对碰撞阻尼的研究很少，因此本文重点进行碰撞阻尼的机理性研究。理论研究方面，本文建立了碰撞阻尼和碰撞刚度的表达式，以此建立了叶片的弹簧阻尼模型；建立了带冠平板叶片的实体模型和有限元模型，利用瞬态动力分析软件LS-DYNA分析了碰撞叶片的时域响应，探讨了叶片在不同叶冠间隙、不同激振力幅值和不同激振力频率下的振动特性。之后，将碰撞叶片与干摩擦叶片的振动特性与减振效果进行了对比。此外，本文还以某型涡轮叶片叶冠改型为工程背景，建立了真实涡轮叶片的实体和有限元模型，分析了不同叶冠形式对其振动特性的影响。理论研究表明：碰撞阻尼结构是一种行之有效的减振结构，其减振机理是限幅作用。具有碰撞条件的叶片能够抑制外力做功；叶冠间隙越小，外力做功能力也越小，也就是说间隙越小，碰撞减振效果越好；叶片动应力对激振力不敏感，在间隙一定的情况下，振动应力峰值随激振力的大小改变不大。对于碰撞结构，存在最优间隙范围，结构的设计和使用应控制叶冠间隙在这个范围内。对碰撞叶片和干摩擦叶片的对比表明，干摩擦阻尼的减振效果要优于碰撞阻尼。试验研究方面，建立了非旋转状态带冠叶片振动特性试验系统，该系统可对同一叶片施加碰撞阻尼和干摩擦阻尼。利用该系统进行了一系列试验，得出的结论和理论分析结果一致。本文的研究成果丰富了叶片阻尼设计准则，对带冠涡轮叶片的设计和可靠性分析提供了有效的方法，具有一定的工程应用价值。

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