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畢業(yè)論文/畢業(yè)設(shè)計(jì) 飛機(jī)維修（發(fā)動(dòng)機(jī)維修）專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 　　燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力渦輪組件的強(qiáng)度分析 　　摘要：燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力渦輪組件是燃?xì)廨啓C(jī)的主要組件之一,由于其不僅工作溫度高，而且還要承受燃?xì)廨啓C(jī)在起動(dòng)和停機(jī)時(shí)，因溫度劇烈變化引起的熱沖擊，工作條件惡劣，故渦輪組件是決定燃?xì)廨啓C(jī)壽命的關(guān)鍵部件，為確保有足夠的壽命。*重點(diǎn)對(duì)某型燃?xì)廨啓C(jī)低壓渦輪壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的強(qiáng)度特性進(jìn)行了分析，并驗(yàn)證了其穩(wěn)定性及可靠性。*使用sam cef/field軟件的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析模塊對(duì)該轉(zhuǎn)子葉片進(jìn)行了分析計(jì)算。根據(jù)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行的條件，計(jì)算了該機(jī)組轉(zhuǎn)子具有較小的臨界轉(zhuǎn)速、穩(wěn)態(tài)不平衡響應(yīng)、葉片丟失瞬態(tài)響應(yīng)等。計(jì)算結(jié)果表明．臨界轉(zhuǎn)速安全系數(shù)合理；轉(zhuǎn)子系統(tǒng)選取的平衡量具有較小的振動(dòng)幅值；轉(zhuǎn)子的瞬態(tài)響應(yīng)結(jié)果驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)方案的合理性，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性。得出了此轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)方案能保證低壓渦輪壓氣機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的結(jié)論，從而為燃?xì)廨啓C(jī)的可靠性、維修性、保障性提供了參考。 　　關(guān)鍵詞：低壓渦輪；強(qiáng)度；轉(zhuǎn)速；振動(dòng)；可靠性 　　1 前言 　　上世紀(jì)二十年代，德國人霍爾茨瓦特制成第一臺(tái)實(shí)用的燃?xì)廨啓C(jī)，其效率為13%、功率為370千瓦，自此之后，燃?xì)廨啓C(jī)就逐漸進(jìn)入了人們的生活領(lǐng)域。燃?xì)廨啓C(jī)、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)及電動(dòng)機(jī)等都是典型的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，都以轉(zhuǎn)子作為工作主體。轉(zhuǎn)子連同軸承、支座等稱為轉(zhuǎn)子----支承系統(tǒng)。機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)．轉(zhuǎn)子系統(tǒng)常常發(fā)生振動(dòng)，而振動(dòng)產(chǎn)生噪聲。降低了機(jī)組的工作效率；嚴(yán)重的振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子斷裂，造成重大危害。轉(zhuǎn)子----支承系統(tǒng)的振動(dòng)是多樣的，包括轉(zhuǎn)軸的扭曲振動(dòng)、彎曲振動(dòng)和輪盤葉片的振動(dòng)等。轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)較為復(fù)雜，牽涉的因素較多。轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)就是以轉(zhuǎn)軸的彎曲振動(dòng)作為主要研究對(duì)象的。 　　轉(zhuǎn)子的不平衡量所引起的振動(dòng)屬于“強(qiáng)迫振動(dòng)”，它的角頻率和轉(zhuǎn)動(dòng)角速度相等。對(duì)于高速轉(zhuǎn)子，除了不平衡質(zhì)量引起的振動(dòng)以外，還有頻率與轉(zhuǎn)動(dòng)角速度不相等的振動(dòng)，稱為“渦動(dòng)”。轉(zhuǎn)子連接件配合面的摩擦、轉(zhuǎn)軸的內(nèi)阻、軸承油膜力或密封引起的氣動(dòng)力等都是產(chǎn)生渦動(dòng)的因素。理論上，轉(zhuǎn)軸的這種渦動(dòng)屬于“自激振動(dòng)”[1]。渦動(dòng)甚至可以破壞轉(zhuǎn)軸或軸承。 　　*研究的對(duì)象是該型燃?xì)廨啓C(jī)低壓渦輪壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，通過對(duì)轉(zhuǎn)子----支承建模，使用sam cef專業(yè)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析軟件，采用有限元素法分析了其轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)特性，包括轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算、穩(wěn)態(tài)不平衡響應(yīng)分析、轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性分析等。驗(yàn)證了其在工程應(yīng)用方面的可用性及可靠性。同時(shí)得出了分析其動(dòng)力學(xué)特性的基本方法及結(jié)論。 　　2 結(jié)構(gòu)簡介 　　該型燃?xì)廨啓C(jī)低壓渦輪壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子呈軸流輪轂式整體結(jié)構(gòu)，它由9級(jí)低壓壓氣機(jī)和l級(jí)低壓渦輪組成，低壓壓氣機(jī)與低壓渦輪之問通過低壓渦輪軸連接并以花鍵傳遞扭矩（見圖1）。0～8級(jí)低壓壓氣機(jī)輪盤、葉片材料為鈦合金；低壓渦輪盤、葉片材料為高溫合金；低壓渦輪軸材料為馬氏體不銹鋼。低壓渦輪壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子呈3點(diǎn)支承結(jié)構(gòu)。前支承采用徑向止推滾珠軸承，支承點(diǎn)位于壓氣機(jī)o級(jí)輪盤的前段，由彈性支承、擠壓油膜阻尼器、滾珠軸承組成；中間支承采用滾柱軸承．由擠壓油膜阻尼器、滾珠軸承組成，支承點(diǎn)位于低壓壓氣機(jī)后軸徑后段；后支承采用滾柱軸承，由彈性支承、擠壓油膜阻尼器、滾珠軸承組成，支承點(diǎn)位于低壓渦輪軸后段。 　　3 計(jì)算模型 　　該型燃機(jī)低壓渦輪壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的3d模型較大，這將導(dǎo)致在網(wǎng)格劃分以及計(jì)算過程中花費(fèi)大量時(shí)間，因此我們對(duì)本機(jī)組的計(jì)算采用2d軸對(duì)稱模型。在總體直角坐標(biāo)系下建立二維軸對(duì)稱單元，其種類有3節(jié)點(diǎn)或高階6節(jié)點(diǎn)的三角形單元、4節(jié)點(diǎn)或高階8節(jié)點(diǎn)的四邊形單元。每個(gè)節(jié)點(diǎn)有9個(gè)自由度，前6個(gè)自由度與梁單元一樣，分別為沿旋轉(zhuǎn)軸線方向的拉伸和扭轉(zhuǎn)，以及由彎曲而引起的其他2個(gè)方向的線位移和角位移。另外，3個(gè)自由度與旋轉(zhuǎn)軸的橫截面變形有關(guān)，分別為拉伸引起的徑向位移和彎曲引起的2個(gè)切向位移。同時(shí)．使用這類單元可以很好地模擬轉(zhuǎn)子的“渦動(dòng)效應(yīng)”。 　　建立總體直角坐標(biāo)系（x,y,z）和局部圓柱坐標(biāo)系(e1,z,e2)。設(shè)定(u1,u2,u3,1,2,3)為局部坐標(biāo)系下的位移分量,將它們沿0向按傅立葉級(jí)數(shù)展開如下： 　　式中：n為波數(shù); m為相數(shù)。每個(gè)諧函數(shù)(n,m)對(duì)應(yīng)1個(gè)結(jié)構(gòu)的基本變形[2]。 　　低壓渦輪壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的壓氣機(jī)葉盤間的連接方式為焊接或螺栓緊固．渦輪葉盤與渦輪軸之間也是以螺栓緊固的方式連接，低壓壓氣機(jī)與低壓渦輪軸之間的連接為花鍵。以此為依據(jù)進(jìn)行整體建模。低壓渦輪壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片較長，其質(zhì)量及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量都很大，會(huì)產(chǎn)生較大的離心力和回轉(zhuǎn)力矩，這種回轉(zhuǎn)效應(yīng)會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速產(chǎn)生比較大的影響．葉片等效簡化為集中質(zhì)量加到計(jì)算模型中。