组合转子性能退化的裂纹位置敏感性研究

摘要

燃气轮机从投入运行到发生故障，要经历一个性能逐步降低的过程，即燃气轮机的性能退化。而燃气轮机的退化大部分是由于其核心部件——组合转子的性能退化引起的。因此，对组合转子本身的性能退化规律进行研究非常有必要。本文立足于工程实际，基于键合图法建立m杆n盘组合转子扭转振动力学模型，以此为基础研究了轮盘微裂纹和拉杆微裂纹导致组合转子性能退化的位置敏感性。
　　首先，针对组合转子非连续性的特点，考虑轮盘间接触界面，对组合转子做出了力学假设，基于键合图法建立了m杆n盘组合转子扭转振动力学模型。该模型不仅可以应用于组合转子的性能退化研究，也可用于组合转子的一般动力学特性研究。
　　其次，为验证所建模型的正确性，本文对一实验组合转子的扭转振动特性进行了理论计算，并与实验测量结果、一连续整体转子理论计算结果进行了对比。结果表明本文所建模型是正确有效的，且组合转子与连续整体转子的扭转振动特性有着较大的差别。
　　最后，研究了轮盘微裂纹和拉杆微裂纹导致组合转子性能退化的位置敏感性。研究发现:中部轮盘是组合转子性能退化对轮盘微裂纹最敏感的位置;拉杆两端是组合转子性能退化对拉杆微裂纹最敏感的位置。
　　以上研究结论一方面发展了组合转子的动力学分析和建模方法，另一方面为组合转子的结构优化设计、性能退化规律与机理研究、性能退化趋势预测研究提供了一定的理论支持。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题来源与课题背景

1．1．1 课题来源

1．1．2 课题背景

1．2 国内外机械系统性能退化研究现状

1．2．1 一般机械系统性能退化研究现状

1．2．2 燃气轮机系统性能退化研究现状

1．3 国内外转子动力学研究现状

1．3．1 一般转子动力学研究现状

1．3．2 组合转子动力学研究现状

1．4 国内外裂纹转子研究现状

1．5 研究目的、研究内容和研究方法

1．5．1 研究目的和研究意义

1．5．2 研究内容

1．5．3 研究方法

1．5．4 全文逻辑结构

2 组合转子扭转振动力学模型的建立

2．1 引言

2．2 整体转子扭转振动力学模型的模化方法

2．3 组合转子扭转振动力学模型中的相关力学假设

2．4 组合转子扭转振动力学模型的模化方法

2．4．1 组合转子轮盘部分的模化

2．4．2 组合转子拉杆部分的模化

2．5 组合转子扭转振动力学模型的建立

2．5．1 组合转子简单扭转振动力学模型的建立

2．5．2 组合转子一般扭转振动力学模型的建立

2．6 组合转子接触界面分析

2．6．1 接触界面几何形貌分析

2．6．2 接触模型

2．6．3 组合转子扭转振动当量扭转刚度分析

2．7 组合转子扭转振动特性的理论分析

2．8 组合转子扭转振动的实验研究

2．8．1 实验目的、原理与方案

2．8．2 实验结果

2．8．3 理论计算与实验测试对比分析

2．9 本章小结

3 轮盘微裂纹导致组合转子性能退化的敏感性研究

3．1 引言

3．2 轮盘微裂纹对组合转子扭转振动的影响

3．3 组合转子性能退化量的定义

3．4 轮盘微裂纹导致组合转子性能退化的位置敏感性

3．5 本章小结

4 拉杆微裂纹导致组合转子性能退化的敏感性研究

4．1 引言

4．2 拉杆微裂纹对组合转子扭转振动的影响

4．3 拉杆微裂纹导致组合转子性能退化的位置敏感性

4．4 本章小结

5 全文总结及展望

5．1 全文总结

5．2 展望

参考文献

附录

攻读学位期间主要的研究成果

致谢