重型燃氣輪機壓氣機葉片可靠性分析.pdf

1、20世紀60年代起，軍用艦船動力系統(tǒng)開始燃機化。燃氣輪機也以良好的經(jīng)濟性被逐漸使用在各種發(fā)電裝置中。航空領(lǐng)域的動力系統(tǒng)更是燃氣輪機的天下。長期以來，燃氣輪機的設(shè)計、加工制造及檢測等關(guān)鍵技術(shù)一直被西方發(fā)達國家壟斷，我國對燃氣輪機的研究起步較晚，技術(shù)基礎(chǔ)薄弱。
　　在燃氣輪機動力系統(tǒng)中，在空氣進入渦輪膨脹做工前，壓氣機將空氣進行預(yù)壓縮，提高氣體的總壓（即滯止壓力），以便之后空氣與燃料的混合、燃燒，進一步變成高壓、高溫的燃氣。對壓氣機的

2、要求是尺寸小、質(zhì)量小、增壓比大、效率高，這就意味著壓氣機的迎風面積小，級數(shù)要少。而且，在這個要求下，工作輪葉柵通道內(nèi)往往會出現(xiàn)激波，葉背位置的氣流也往往會出現(xiàn)失速分離的現(xiàn)象。因此，壓氣機葉片工作環(huán)境比較惡劣，設(shè)計難度較大，是壓氣機中的核心功能部件。為保證燃氣輪機壓氣機工作的安全、高效，確保壓氣機葉片等關(guān)鍵器件的工作能力是十分必要的。
　　本文以壓氣機第三級動葉葉片為研究對象，首先進行基于梁單元的壓氣機動葉葉片建模。根據(jù)葉片的三維實

3、體模型，提取葉型形狀，獲得葉型的幾何參數(shù)（面積、型心、慣性矩、主慣性軸等）及截面系數(shù)，并采用彈性力學的位移解法和應(yīng)力解法考慮了葉片的扭轉(zhuǎn)問題。基于彈性力學的相關(guān)理論，給出葉片的平衡方程、幾何方程以及物理方程及其邊界條件。
　　其次，根據(jù)建立的壓氣機動葉葉片模型，確定彈性模量、剪切彈性模量、密度、安裝值及葉高為可變參數(shù)，每次變化100組數(shù)據(jù)，對葉片葉身強度進行了計算。通過計算各葉身截面處離心力、離心彎矩，氣動力、氣動彎矩，最終得到沿

4、葉片高度方向14個截面進汽出汽葉背三處位置的總應(yīng)力?；谀芰糠ㄇ蟮脝蝹€葉片A0型振動頻率。根據(jù)達朗貝爾原理，將頻率問題轉(zhuǎn)化為解特征值問題，采用梁單元進行了葉片的振動計算，獲得葉片的前6階動頻。并計算了葉片材料的疲勞極限強度。
　　再次，基于Monte-Carlo法進行了葉片強度、振動和疲勞可靠性計算，并與基于應(yīng)力-強度干涉法的強度、振動和疲勞可靠性計算結(jié)果進行了對比，給出了兩種計算方法的相對誤差。
　　最后，采用商業(yè)有限元軟