综合接触效应的盘式拉杆转子轴向振动与扭转振动动力学特性研究

摘要

随着燃气轮机发电机组容量的扩大，转速的提升，转子系统的工作性能越来越取决于其动力学特性，因此，对燃气轮机盘式拉杆转子动力学特性的研究非常有必要。本文在国家重点基础研究发展计划（973计划）项目“大型动力装备制造基础研究”的支持下，针对大型燃气轮机盘式拉杆转子的动力学特性进行了相关研究，运用键合图法首次建立了盘式拉杆转子的轴向振动与扭转振动动力学模型，揭示了拉杆转子与连续转子本质上的区别。 本文首先针对盘式拉杆转子非连续性的结构特点，在充分考虑了各轮盘间的接触效应后，对拉杆转子作了相应的力学假设，应用键合图法首次建立了盘式拉杆转子轴向振动与扭转振动的动力学键合图模型。然后，本文针对盘式拉杆转子各轮盘间的接触效应，以Hertz理论和GW模型为基础，采用随机分布模型描述了轮盘粗糙表面的几何性状，对粗糙表面的接触刚度和当量扭转刚度进行相关分析与研究，给出了反映轮盘间接触效应的接触刚度与当量扭转刚度的计算公式，并对轮盘间接触刚度与当量扭转刚度的影响因素作了相关分析。分析表明，接触刚度和当量扭转刚度与预紧力的大小和粗糙表面的加工精度有关，它们是随着预紧力的增大和表面加工精度的提高而增大。最后，为了验证所建模型的正确有效性，并比较拉杆转子与连续转子的区别，本文对一实验拉杆转子的振动特性进行了理论计算与实验研究，并将其理论计算结果、实验测试结果与一连续整体转子的理论计算结果进行了对比。对比结果表明，本文所建模型是正确有效的，且盘式拉杆转子较连续整体转子有着较大的差别，其固有频率远小于连续转子的固有频率，但随着预紧力的增大，拉杆转子的固有频率会随着增大，并逐渐趋向连续整体转子。此外，我们还发现盘式拉杆转子由于其非连续、复合式的结构特点，使得其固有频率对预紧力的变化比较敏感，因此，改变拉杆预紧力是调节盘式拉杆转子固有频率的有效途径，这为盘式拉杆转子避开燃机故障的某些敏感频率提供了参考方法。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1国内外转子动力学研究综述

1.2国内外特种转子研究状况

1.3盘式拉杆转子简介

1.4课题研究的背景、意义和方法

1.5课题来源及本文主要工作

第二章盘式拉杆转子轴振(纵振)模型的建立

2.1引言

2.2轴振产生的原因及造成的危害

2.3连续整体转子轴振模型的模化方法与模态求解方法

2.3.1连续整体转子轴振模型的模化方法

2.3.2连续整体转子轴振固有频率和振型的计算方法

2.4盘式拉杆转子轴振模型中相关力学假设

2.4.1轮盘接触面处力学假设

2.4.2螺纹连接处力学假设

2.5盘式拉杆转子轴振动力学模型的建立与模态求解

2.6本章小结

第三章盘式拉杆转子扭振模型的建立

3.1引言

3.2扭振产生的原因及造成的危害

3.3连续整体转子扭振模型的模化方法与模态求解方法

3.3.1连续整体转子扭振模型的模化方法

3.3.2连续整体转子扭振固有频率和振型的计算方法

3.4盘式拉杆转子扭振模型中相关力学假设

3.5盘式拉杆转子扭振动力学模型的建立与模态求解

3.5.1轮盘转轴部分扭振模型

3.5.2拉杆部分扭振模型

3.5.3盘式拉杆转子扭振动力学模型的建立与模态求解

3.6本章小结

第四章盘式拉杆转子接触界面相关分析与研究

4.1粗糙表面接触问题研究概况

4.2盘式拉杆转子轴振模型中接触刚度的分析

4.2.1粗糙表面的几何形貌

4.2.2表面接触时的相互作用

4.2.3接触面积与接触模型

4.2.4表面接触的理论分析

4.2.5盘式拉杆转子接触刚度的理论计算

4.3盘式拉杆转子扭振模型中当量扭转刚度的研究

4.4本章小结

第五章盘式拉杆转子振动特性的理论计算与实验研究

5.1引言

5.2盘式拉杆转子振动特性的理论计算

5.2.1盘式拉杆转子轴向振动理论计算

5.2.2盘式拉杆转子扭转振动理论计算

5.3盘式拉杆转子振动特性的实验研究

5.3.1实验目的、原理与方案

5.3.2实验结果

5.3.3理论计算与实验测试的对比分析

5.4本章小结

第六章全文总结及展望

6.1全文总结

6.2展望

参考文献

致谢

攻读学位期间主要的研究成果