100kW微型燃机涡轮叶轮强度及振动分析

摘要

微型燃气轮机发电系统具有高供电密度及快速供电特性，因而其在军事与应急供电方面极具潜力，得到了有关部门的高度重视。然而，由于其高速与高温运转特性，极易出现涡轮叶轮强度不足或振动过大等问题。因此，研究涡轮叶轮强度及叶片固有振动特性以排除叶片故障，提高可靠性，一直是燃气轮机设计、生产和使用中十分关注的具有重要理论意义和工程应用价值的问题。 本论文针对高转速环境下100kW微型燃机涡轮叶轮，应用有限元分析方法，进行了涡轮叶轮的强度优化设计及振动特性分析。 首先对叶轮最初的设计方案进行了计算，在原设计方案结构不能满足强度要求的情况下，改进了叶轮结构设计方案，使改进后的结构满足了强度要求；进而计算了改进后的叶轮在离心力和温度梯度载荷作用下的应力，结果表明在离心力和温度梯度载荷作用下的叶轮仍能满足强度要求；为了探索高效计算方法，又用循环对称应力分析方法进行了试算，验证了对于具有循环对称结构实体，可用循环对称应力分析方法来代替整体模型进行计算的结论。 对涡轮进行的振动特性分析表明，振动安全裕量能够满足要求。 试验结果表明，计算结果与试验结果是吻合的，说明论文对涡轮叶轮的强度及振动分析所采取的研究方法是可信的。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1项目研究的背景和意义

1.2国内外发展现状

1.3主要研究内容

第2章研究分析方法

2.1分析方法的确定

2.2 ANSYS软件概述

2.3本章小结

第3章涡轮叶轮的结构强度分析

3.1涡轮的结构特点

3.2涡轮结构设计

3.3涡轮应力计算和分析

3.3.1涡轮叶轮的材料及特性

3.3.2叶轮实体模型的建立

3.3.3单元选择及有限元模型的建立

3.3.4载荷情况和边界条件

3.3.5计算结果

3.3.5涡轮叶轮的改进设计

3.3.6叶轮热应力耦合分析

3.3.7叶轮的循环对称结构分析

3.4本章小结

第4章涡轮叶轮的振动特性分析

4.1涡轮叶片的振动与激振

4.2叶轮振动分析的理论依据

4.3振动分析的方法

4.4振动分析结果

4.5本章小结

第5章叶轮超速试验及整机试验

5.1叶轮的超速试验

5.2整机试验

5.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致 谢

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