031葉片激振力及頻率

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1、第3節(jié)葉片激振力及頻率1葉片振動概述壓氣機(jī)、透平葉片在工作時，不斷受到脈動氣流力的作用。葉片產(chǎn)生疲勞損傷故障，一直是轉(zhuǎn)子較為嚴(yán)重的問題。統(tǒng)計資料表明，葉片損壞的絕大多數(shù)原因是由于振動疲勞所引起。直到目前，無論國內(nèi)國外，葉片振動事故時有發(fā)生，燃?xì)廨啓C(jī)葉片振動事故發(fā)生的比例高于汽輪機(jī)。燃?xì)廨啓C(jī)葉片事故約占燃?xì)廨啓C(jī)事故的40％以上?？梢姡懻撊~片的振動安全性問題非常重要，不能忽視。2葉片振動概述研究葉片振動，需要了解葉片振動的物理現(xiàn)象，振動的基本特性，外界激振力特性，葉片頻率和彈性變形（或響應(yīng)）的計算方法。還要研究避免葉片發(fā)生共振，共振的排除方法和防振減振措施，減

2、少葉片故障，以及用實(shí)驗(yàn)研究方法尋找和解決振動安全問題。方法包括準(zhǔn)確計算葉片固有頻率，測量干擾力頻率和各種葉片減振方法。以及了解葉片安全性校核的標(biāo)準(zhǔn)（新、老）等。3葉片振動概述在本節(jié)中，首先討論葉片的振動物理現(xiàn)象，激振力產(chǎn)生及激振頻率的種類，葉片的振動參數(shù)描述。然后，介紹能量法求解葉片頻率，分析振型等。該方法的優(yōu)點(diǎn)是物理概念清晰，簡便適用。通過本方法的學(xué)習(xí)，可以從理論高度上，加深我們對振動安全性的理解。為處理運(yùn)行中振動問題提供解決問題的科學(xué)思路。4葉片激振力產(chǎn)生原因運(yùn)行中，葉片受到周期性燃?xì)鈿饬鞯募ふ窳Φ淖饔?。作用在運(yùn)行葉片上的氣流激振力是由于在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，通

3、流部分的結(jié)構(gòu)與制造安裝誤差引起的。通常分為兩類激振力：a、高頻；b、低頻5（1）高頻激振力的產(chǎn)生靜葉葉柵出口氣流不均勻。當(dāng)氣流經(jīng)過靜葉柵進(jìn)入動葉片時，由于靜葉的出氣邊有一定厚度，使得靜葉柵出口的氣流場參數(shù):壓力和速度等在該處有所降低，造成了一個沿葉輪切向不均勻的氣流場。見下圖所示。當(dāng)旋轉(zhuǎn)的動葉片每經(jīng)過一個靜葉槽道時就受到一次氣流激振力的沖擊。6靜葉柵后氣流場切向分布圖7高頻激振力產(chǎn)生的原因通常整圈隔板上噴嘴數(shù)在40～100以上，當(dāng)轉(zhuǎn)速取3000轉(zhuǎn)/分時,這類激振力的頻率范圍在2000--7000Hz。由于燃?xì)廨啓C(jī)首級葉片高度小,剛性大，其頻率一般都在幾千赫芝

4、以上。高頻激振力主要對較短的葉片構(gòu)成威脅。8激振力的頻率高頻激振力的頻率表達(dá)式：9（2）低頻激振力產(chǎn)生原因燃?xì)廨啓C(jī)靜葉環(huán)的中分面處靜葉接合不良。有的燃機(jī)靜葉環(huán)在中分面處剖開為上下兩半環(huán)，當(dāng)制造或裝配產(chǎn)生偏差時，則靜葉型線部分便會錯開。燃?xì)廨啓C(jī)氣流通道中加強(qiáng)筋或肋的結(jié)構(gòu)。抽氣、排氣結(jié)構(gòu)。燃?xì)廨啓C(jī)中那些沿氣缸徑向分布的抽、排氣管道口。靜葉和葉片槽道制造與安裝偏差引起的激振力等。10低頻激振力頻率分析例如：當(dāng)氣流流過通流部分中那些加強(qiáng)筋時，造成沿圓周氣流速度不均勻，會引起氣流激振力沖擊，其頻率等于加強(qiáng)筋數(shù)目與燃機(jī)每秒鐘轉(zhuǎn)速的乘積。（見下式）11低頻激振力的頻率低頻

5、激振力的頻率表達(dá)式：(＝1、2、3、…6）由于一般比靜葉數(shù)小得多，所以這類激振力稱為低頻激振力。低頻激振力對較短的葉片不會構(gòu)成威脅，對較長的葉片會帶來嚴(yán)重危害。12激振力頻率據(jù)上述分析可知,氣流激振力的基本頻率大體上分為兩類。葉片在不均勻的氣流場中轉(zhuǎn)動時，受到的激振力是一個不規(guī)則的周期性涵數(shù)。如將周期性的氣流激振力P沿圓周方向按傅立葉級數(shù)展開，在葉片上作用的激振力可寫為如下形式:13葉片上作用的高頻激振力表達(dá)公式：14激振力表示式從上式可見，在不均勻氣流場中轉(zhuǎn)動的葉片，即受到基本頻率激振力的作用，還受到基頻倍數(shù)的激振力的作用。它不是一個簡單的正弦波形，而是多

6、個正弦(或余弦)波的疊加而成。一般說來，隨著倍數(shù)的增高,激振力幅值減小，振動的危險性也減小。因此，實(shí)際振動分析中只取有限的幾階振動。15高頻激振力產(chǎn)生的原因上述分析的激振力的大小與氣流速度分布的不均勻程度有關(guān)，由上圖可看出激振力的幅值只是引起靜彎曲應(yīng)力的平均氣流力的一部分，很難精確求出。正是如此，葉片的位移難于確定。葉片的動應(yīng)力就很難準(zhǔn)確計算。人們目前采取理論分析與試驗(yàn)的很多種方法來確定葉片動應(yīng)力數(shù)值。16防止共振措施—避開共振的發(fā)生隨著激振頻率倍數(shù)的增高,激振力幅值減小，振動對葉片造成的危害程度減小。因此，實(shí)際工程上需要避開的只是有限個階次。實(shí)際振動分析只

7、按照如下處理。對高頻激振力，其相應(yīng)的頻率為：式中：——整常數(shù)，一般取1、2、3。17避開激振的階次對低頻激振力,其相應(yīng)的頻率為：式中：——整常數(shù)，一般取:1、2…6。18其它方面的影響除了以上分析的原因外，還有一些其它因素對葉片產(chǎn)生激振力。例如轉(zhuǎn)子的不平衡，機(jī)體的振動等都會引起葉片的激振力，由于這些激振力比較復(fù)雜，目前很難對它們進(jìn)行預(yù)測，或作定量計算。19葉片主要振動參數(shù)描述在對葉片作理論分析時，是將葉片簡化成為一端剛性固定的彈性桿件物理模型。分析該模型在外界作用力下的振動特征。通常采取實(shí)驗(yàn)方法，對葉片施加激振力，它就偏離其平衡位置產(chǎn)生振動。如圖，可以觀察到

8、葉片上的振動現(xiàn)象有振幅，節(jié)線，頻率以及振動過程出現(xiàn)的