渦輪工作葉片的振動(dòng)特性分析

本例以分析渦輪葉片的固有振動(dòng)特性為主，忽略阻尼的作用，故為對(duì)無(wú)阻尼自由振動(dòng)系統(tǒng)的分析研究。

渦輪工作葉片是燃?xì)廨啓C(jī)中重要的零部件之一，在高溫高壓下，承受離心力和氣動(dòng)力，以及振動(dòng)、腐蝕、氧化等作用，工作環(huán)境十分惡劣，因此葉片故障時(shí)有發(fā)生，約占燃?xì)廨啓C(jī)事故的40％以上 ，造成的損失也往往占燃?xì)廨啓C(jī)事故損失的一半左右。從這個(gè)意義上說(shuō)，葉尖振幅測(cè)量系統(tǒng)，一臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)性能的好壞取決于葉片設(shè)計(jì)的合理與否。目前，通過(guò)加長(zhǎng)葉片(增大流通面積)，和提高機(jī)組轉(zhuǎn)速(增大葉片承受能力)來(lái)滿足發(fā)電及各種動(dòng)力裝置容量的急速擴(kuò)大，是可行且普遍的方法。這不僅導(dǎo)致葉片的工作應(yīng)力增大，更為重要的是，還會(huì)導(dǎo)致葉片在其工作轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)發(fā)生共振從而產(chǎn)生故障，高周疲勞的可靠性也因而降低。因此，對(duì)葉片的振動(dòng)特性進(jìn)行分析研究，以確保其在發(fā)動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)不發(fā)生共振并提高其高周疲勞的可靠性是非常重要的。研究葉片固有振動(dòng)特性以排除葉片故障，提高可靠性，一直是燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和使用中十分關(guān)注的問(wèn)題。

當(dāng)葉片未斷裂部分承受不住上方葉片質(zhì)量所產(chǎn)生的離心力負(fù)荷時(shí)，北京葉片，終葉片就被折斷。因此從斷口表面觀察，在葉片后緣部分晶粒細(xì)小，呈現(xiàn)疲勞折斷的特征。而葉片前緣部分表面粗糙，呈現(xiàn)強(qiáng)度不足而被拉斷的現(xiàn)象。

處于高溫工作的渦輪葉片，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)葉片因振動(dòng)熱疲勞產(chǎn)生裂紋或斷裂的嚴(yán)重故障，例如某型發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪工作葉片，就曾出現(xiàn)在樅樹形榫槽的道齒的中部或中后部產(chǎn)紋和裂紋。有的葉片甚至在榫槽處折斷。

當(dāng)葉片產(chǎn)生階共振時(shí)，振動(dòng)應(yīng)力及激振力相對(duì)值之間的比較關(guān)系。左邊表示具有懸臂梁式的葉片，右邊表示具有兩端固持式的葉片（前者可視為工作葉片，后者可視為導(dǎo)向葉片）。其中（一）為葉根截面處的相對(duì)應(yīng)力，葉尖定時(shí)系統(tǒng)，是指在相同的外激振力作用下，各種不同振型的葉片，葉片故障測(cè)量系統(tǒng)，其根部應(yīng)力對(duì)懸臂式階振型的葉片根部應(yīng)力的相對(duì)比值。可見(jiàn)隨振型階次的，葉片根部應(yīng)力值則相對(duì)減小。其中（二）為激振力的相對(duì)值，是指在葉片產(chǎn)生同樣的振動(dòng)應(yīng)力時(shí)，高階振型所需要的激振力比階振型的要大的多。

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