透平膨胀机叶轮扇形振动的分析.pdfVIP

设计制造 透平膨胀机叶轮扇形振动的分析 张卫中 (四川空分设备(集团)有限责任公司，四川省简阳市建设中路239号641400] 摘要：本文将主要以透平膨胀机闭式叶轮为主要讨论对象，讨论了叶轮的固有振动的振动类 型，并对扇形振动进行进行了详细的讨论，对扇形振动临界转速进行了重点分析。 关键词：透平膨胀机；叶轮振动；振型；扭转振动；伞形振动；扇形振动；复合振动；临界转速 1引言 由于叶轮不仅有轮盘，还有叶片和轮盖，在分析 透平膨胀机是一种高速旋转的流体机械，要求 盘系振动时，就不能只对轮盘进行分析，而应将叶轮 转子能长时间稳定、可靠地运行．对转子的结构动力 作为一个整体进行耦含振动分析，从分析结果中提 分析要求较高。结构动力分析中涉及到两类基本问 取表现为盘系振动的固有振动的振型和振频；至于 题：结构固有振动和结构动力响应。当结构未受到 叶片和轮盏的振动，在叶轮结构固有振动分析中也 外部载荷作用时，结构系统的动力方程组为二阶常 占据重要地位，其振动类型也比较丰富，也可以对其 系数齐次方程组．该方程组的解(特征值和特征向 进行分类分析，这里不作讨论；复合振动较为复杂， 量)对应于结构系统的固有振动频率和振型，描述了 通常也处于高阶，介于认识不足，也不讨论。 结构系统的固有特性；当结构受到外部葳荷作用对， 时轮的盘系振动一类，按相似的方法也可以分 结构系统各点的振动位移、速度和加速度会发生变 为四类：扭转振动、伞形振动、扇形振动和复合振动， 化，这就是动力响应。结构的固有振动分析是动力 后三者合在一起也可称为以轮盘轴向位移为主的轴 响应分析的基础，我们将主要关注结构的固有频率 向弯曲振动。 振动。 在分析叶轮的盘系振动时，虽然将轮盘、叶片、 膨胀机转子作为轴系是一种双悬臂的刚性轴， 轮盖合在一起作叶轮的整体分析，但因分析侧重在 主要关注的是轴系的弯曲振动第一阶固有振动频率 盘系振动的类型，为分析方便，我们在叶轮上建立如 和扭转振动第一阶固有振动频率。这些计算的方法 图1的坐标系，取轮盘的旋转轴为OX轴，叶轮的中 较多，也较为成熟，本文将不作讨论。 心为坐标原点，OY和OZ位于轮盘中心平面上。 膨胀机发生故障的太部分集中于叶轮，所以叶 Y 轮是转子结构动力分析的重点。由于膨胀机转子的 主轴与叶轮的刚性相差较大，所以在分析叶轮固有 振动时，可以将叶轮从转子中分离出来，拟合装配关 —o 系进行分析，可以获得相当精度的分析结果。 ^…妙 2叶轮的固有振动振型的分类 透平膨胀机叶轮分为半开式叶轮和闭式叶轮。 图1叶轮坐标系 从闭式叶轮来看，叶轮可以看成是由轮盘、叶片和轮 盖组成，叶片和轮盘是整体铣制，轮盖是钎接在轮体 下面分别就这四种振型进行介绍： 上的；而半开式叶轮只是没有轮盖。 2．1扭转振动 叶轮的固有振动振型较多，为了分析方便，我们 以OX为轴心，以OYZ平面作周向的往复扭转 将其大致分为四大类：盘系的振动、叶片的振动、轮 的振动形式见图2。振动时，半径越大的质点，扭转