飛機維修（發(fā)動機維修）專業(yè)畢業(yè)設(shè)計.doc

畢業(yè)論文/畢業(yè)設(shè)計 飛機維修（發(fā)動機維修）專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 燃?xì)廨啓C動力渦輪組件的強度分析摘要：燃?xì)廨啓C動力渦輪組件是燃?xì)廨啓C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在起動和停機時，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壽命的關(guān)鍵部件，為確保有足夠的壽命。*重點對某型燃?xì)廨啓C低壓渦輪壓氣機轉(zhuǎn)子葉片的強度特性進行了分析，并驗證了其穩(wěn)定性及可靠性。*使用sam cef/field軟件的轉(zhuǎn)子動力學(xué)分析模塊對該轉(zhuǎn)子葉片進行了分析計算。根據(jù)機組實際運行的條件，計算了該機組轉(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幅值；轉(zhuǎn)子的瞬態(tài)響應(yīng)結(jié)果驗證了結(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穩(wěn)定運行的結(jié)論，從而為燃?xì)廨啓C的可靠性、維修性、保障性提供了參考。關(guān)鍵詞：低壓渦輪；強度；轉(zhuǎn)速；振動；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實用的燃?xì)廨啓C，其效率為13%、功率為370千瓦，自此之后，燃?xì)廨啓C就逐漸進入了人們的生活領(lǐng)域。燃?xì)廨啓C、汽輪機、發(fā)電機及電動機等都是典型的旋轉(zhuǎn)機械，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)。機組運轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子系統(tǒng)常常發(fā)生振動，而振動產(chǎn)生噪聲。降低了機組的工作效率；嚴(yán)重的振動會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子斷裂，造成重大危害。轉(zhuǎn)子-支承系統(tǒng)的振動是多樣的，包括轉(zhuǎn)軸的扭曲振動、彎曲振動和輪盤葉片的振動等。轉(zhuǎn)軸的振動較為復(fù)雜，牽涉的因素較多。轉(zhuǎn)子動力學(xué)就是以轉(zhuǎn)軸的彎曲振動作為主要研究對象的。轉(zhuǎn)子的不平衡量所引起的振動屬于“強迫振動”，它的角頻率和轉(zhuǎn)動角速度相等。對于高速轉(zhuǎn)子，除了不平衡質(zhì)量引起的振動以外，還有頻率與轉(zhuǎn)動角速度不相等的振動，稱為“渦動”。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力等都是產(chǎn)生渦動的因素。理論上，轉(zhuǎn)軸的這種渦動屬于“自激振動”1。渦動甚至可以破壞轉(zhuǎn)軸或軸承。*研究的對象是該型燃?xì)廨啓C低壓渦輪壓氣機轉(zhuǎn)子葉片，通過對轉(zhuǎn)子-支承建模，使用sam cef專業(yè)轉(zhuǎn)子動力學(xué)分析軟件，采用有限元素法分析了其轉(zhuǎn)子動力學(xué)特性，包括轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速計算、穩(wěn)態(tài)不平衡響應(yīng)分析、轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性分析等。驗證了其在工程應(yīng)用方面的可用性及可靠性。同時得出了分析其動力學(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低壓渦輪壓氣機轉(zhuǎn)子呈軸流輪轂式整體結(jié)構(gòu)，它由9級低壓壓氣機和l級低壓渦輪組成，低壓壓氣機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）。08級低壓壓氣機輪盤、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。低壓渦輪壓氣機轉(zhuǎn)子呈3點支承結(jié)構(gòu)。前支承采用徑向止推滾珠軸承，支承點位于壓氣機o級輪盤的前段，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，支承點位于低壓壓氣機后軸徑后段；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，支承點位于低壓渦輪軸后段。3 計算模型該型燃機低壓渦輪壓氣機轉(zhuǎn)子的3d模型較大，這將導(dǎo)致在網(wǎng)格劃分以及計算過程中花費大量時間，因此我們對本機組的計算采用2d軸對稱模型。在總體直角坐標(biāo)系下建立二維軸對稱單元，其種類有3節(jié)點或高階6節(jié)點的三角形單元、4節(jié)點或高階8節(jié)點的四邊形單元。每個節(jié)點有9個自由度，前6個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個方向的線位移和角位移。另外，3個自由度與旋轉(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個切向位移。同時使用這類單元可以很好地模擬轉(zhuǎn)子的“渦動效應(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向按傅立葉級數(shù)展開如下：式中：n為波數(shù); m為相數(shù)。每個諧函數(shù)(n,m)對應(yīng)1個結(jié)構(gòu)的基本變形2。低壓渦輪壓氣機轉(zhuǎn)子的壓氣機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，低壓壓氣機與低壓渦輪軸之間的連接為花鍵。以此為依據(jù)進行整體建模。低壓渦輪壓氣機轉(zhuǎn)子葉片較長，其質(zhì)量及轉(zhuǎn)動慣量都很大，會產(chǎn)生較大的離心力和回轉(zhuǎn)力矩，這種回轉(zhuǎn)效應(yīng)會對轉(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)量加到計算模型中。