基于CN群论的叶片-轴系统动态特性分析.pdf

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1、第59卷第1期2017年2月汽轮机技术TURBINETECHNOLOGYV01．59No．1Feb．2017基于CⅣ群论的叶片一轴系统动态特性分析乔鹏，唐委校，郭冰(山东大学机械工程学院高效洁净机械制造教育部重点实验室，济南250061)摘要：建立考虑叶片柔性、转速等影响的核电汽轮机低压级转子的叶片一轴系统动力学模型，基于c。群论利用转子系统的循环对称性将其简化为1／N单扇区叶片一轴几何模型，不仅显著提高计算效率，而且可数值分析得到多阶叶片与轴的耦合模态及较明显的级间耦合模态，为汽轮机转子系统的设计及稳定运行提供指导和参考。关键词：

2、叶片一轴系统；动态特性；C。群论；数值分析分类号：TK261文献标识码：A文章编号：1001-5884{2017)014)013-04VibrationAnalysisofBladedDisks．shaftSystemBasedonCⅣGroupTheoryQIAOPeng，TANGWei—xiao，GUOBing(KeyLaboratoryofHighEfficiencyandCleanMechanicalManufacture，MinistryofEducation，SchoolofMechanicalEngineering，S

3、handongUniversity，JiNan250061，China)Abstract：BasedontheCⅣgrouptheory，thegeometryofalowpressurerotorofanuclearsteamturbinewassimplifiedtoobtainthereferencesectorofthebladeddisks-shaftsystem．ThendynamicmodelWasformulatedwithbladeflexibilityandrotationspeedincluded．Themul

4、ti-ordercoupledcharacteristicsbetween,bladevibrationandtheshaftvibrationandmulti—stagesareobtained，andtheeMculationefficiencyissignificantlyimpmved，whichcallprovideguidanceandreferencefordesignandstableoperationofsteamturbinerotors．Keywords：bladeddisks-shaft；vibrationa

5、nalysis；CNgrouptheory；numericalsimulation0前言在高功率、高参数大型汽轮机组中，超长叶片的使用及轮盘的轻量化设计使叶片与轴的振动耦合效应更加突出，同时叶顶围带、拉筋等结构使耦合振型更加复杂。针对叶片与轴的振动耦合问题，将叶片简化为单自由度质量一弹簧单元⋯，Bachschmid拉1分别建立叶片与轴扭转振动耦合及叶片与轴横向振动耦合的模型，研究轴不平衡量和汽流力作用下的系统响应，该模型针对性强，但叶片顶端的集中质量无法反映质量在叶片长度及宽度方向的分布，且模型中的质量、刚度等参数需借助其它方法获取

6、；A1一Bedoorpl基于拉格朗13法和假设模态法探究了单叶片一轴系统的耦合振动频率，但该方法不能体现整圈叶片间的影响；通过对全环模型采用实体单元求解的方法，吕方明Ho分析了叶片柔性对耦合系统模态特性的影响，Rzadkowski口’6o以含8级叶片的转子系统为研究对象，探讨级间耦合特性，并考虑级上叶片数目的影响，由于转子系统规模较大、结构复杂，此方法需耗费较多的计算资源和时间；Xu川利用模态综合法截去高阶频率能极大地降低系统自由度，探究含汽轮机转子和发电机转子的系统模态特性，计算效率高，而在实施上有一定难度；利用转子系统的循环对称

7、性，Laxalde¨‘10]采用分别对两级叶片一轮盘结构的单个扇区施加周期对称条件和在级间界面处施加多点位移约束的方法研究级间耦合效应，将用于单级循环对称结构的方法推广至多级，陈毓迪¨¨更进一步考虑了扇区数目选取对计算精度的影响，此方法将整体结构的分析简化至单个扇区，在转子系统研究中较为有效，其计算精度仍待进一步探究。针对叶片振动与轴振动的耦合问题，建立考虑叶片柔性、转速等影响的核电汽轮机低压级转子的叶片一轴系统动力学模型，基于C。群论利用转子系统的循环对称性将其简化为1／N单扇区叶片一轴几何模型，探讨叶片振动与轴扭转振动及横向振动

8、的耦合规律、转速对系统模态特性的影响。1基于“群论的叶片一轴系统动力学建模1．1叶片一轴系统几何模型简化以一核电汽轮机低压级转子为例，考虑柔性较大的末级叶片的影响，对其它各级叶片依等转动惯量原则简化，得到叶片一轴几何模型，如图1所示。