[发明专利]高压涡轮叶片缘板阻尼器减振特性分析方法

说明书

本发明公开了一种高压涡轮叶片缘板阻尼器减振特性分析方法，属于发动机减振结构设计技术领域。所述方法包括：根据高压涡轮叶片模型，选取阻尼器的安装位置范围；选取危险模态下阻尼器安装位置模态振幅的监测点；选取危险模态下模态应力幅值的监测点；计算各接触面的正压力范围；设计一定的减振参数，计算叶盘模态动能与阻尼器摩擦耗能，得到该减振参数下不同振动应力对应的阻尼比；确定临界振动应力与峰值阻尼比等参数，并以此评价缘板阻尼器能否满足稳定工作要求。相较于其他阻尼器减振分析方法，本发明不需要进行非线性响应计算，缩短了计算阻尼比所需时间，提高了计算效率。

技术领域

本发明涉及发动机减振结构设计技术领域，特别是指一种高压涡轮叶片缘板阻尼器减振特性分析方法。

背景技术

涡轮叶片作为叶轮机械中起做功作用的重要部件，其旋转过程中受到各种载荷(如旋转产生的离心载荷、气动载荷、热载荷等等)，工作过程中可能产生叶片与轮盘耦合的节径型振动。出于安全性等方面的考虑，涡轮叶片必须进行减振设计。

对高压涡轮叶片存在的振动导致疲劳破坏问题来说，由于其转速较高，难以采用叶冠结构进行减振设计，同时其榫连结构与材料本身所提供的阻尼均非常有限，不足以满足叶片在极端运行环境下高应力水平的振动减振需求，容易引起高周疲劳现象甚至失效。

目前，高压涡轮叶片主要通过安装缘板阻尼器进行减振，现有的缘板阻尼器结构大致可以根据缘板阻尼器的形状分为平板式缘板阻尼器、三棱柱式缘板阻尼器与圆柱式缘板阻尼器等。其中，三棱柱式缘板阻尼器相较其他缘板阻尼器具有工作稳定，减振效果好，不易发生安装错误的优点，其能否稳定工作及其提供的阻尼耗能大小是目前研究的重点。三棱柱式缘板阻尼器提供阻尼耗能的机理是阻尼器与叶片接触产生相对滑动，在接触面上将机械能转化为热能而耗散系统的振动能量，从而降低最大振动幅值并减小振动应力，防止叶片出现高周疲劳失效。三棱柱式缘板阻尼器能否稳定工作与其安装状态也有很大关系。因此如何通过减振特性分析，得到三棱柱式缘板阻尼器在不同工况、不同振动应力下的阻尼比，是判断三棱柱式缘板阻尼器能否保持稳定工作的重点。

针对不同高压涡轮叶片的减振需求，需要综合考虑其工作转速、安装位置、缘板处模态位移、叶片与轮盘模态动能等，通过这些因素计算得到缘板阻尼器减振参数，从而设计其缘板阻尼器的形状、质量等参数，使其在一定工作转速范围内的减振效果满足需求。

现有的干摩擦阻尼减振分析中常使用如数值积分迭代法或谐波平衡法等方法求解非线性响应，这些方法会遇到求解时间过长、收敛困难等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种求解时间短，计算效率高的高压涡轮叶片缘板阻尼器减振特性分析方法。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一种高压涡轮叶片缘板阻尼器减振特性分析方法，包括：

步骤1：根据高压涡轮叶片模型，选取缘板阻尼器的安装位置、模态振动幅值的监测点及模态应力幅值的监测点；

步骤2：选取叶盘振动应力范围；

步骤3：通过有限元法计算高压涡轮扇区不同转速下的模态，由计算所得模态画出对应的Campbell图，找出其可能存在共振的各转速下危险模态；

步骤4：假定缘板阻尼器质量为M，旋转半径为R，高压涡轮叶片转速为N，接触角为θ，摩擦系数为μ；

步骤5：选定进行分析的模态，根据假设所得的缘板阻尼器质量M、旋转半径R、高压涡轮叶片转速N及接触角θ，分别得到缘板阻尼器直接触面和斜接触面的正压力；

步骤6：根据缘板阻尼器直接触面和斜接触面的正压力、摩擦系数，估算阻尼器切向接触刚度，计算缘板阻尼器开始滑移的临界振幅；