叶片激振力及频率课件

叶片振动概述
研究叶片振动，需要了解叶片振动的物 理现象，振动的基本特性，外界激振力特性 ，叶片频率和弹性变形（或响应）的计算方 法。 还要研究避免叶片发生共振，共振的排 除方法和防振减振措施，减少叶片故障，以 及用实验研究方法寻找和解决振动安全问题 。 方法包括准确计算叶片固有频率，测量干 扰力频率和各种叶片减振方法。以及了解叶
高频激振力产生的原因
• 上述分析的激振力的大小与气流速度分布 的不均匀程度有关，由上图可看出激振力 的幅值 只是引起静弯曲应力的平均气流 Dp 力 的一部分，很难精确求出。 pm • 正是如此，叶片的位移难于确定。叶片的 动应力就很难准确计算。人们目前采取理 论分析与试验的很多种方法来确定叶片动 应力数值。
激振力的频率
高频激振力的频率表达式：
fe = z1ns
（2）低频激振力产生原因 燃气轮机静叶环的中分面处静叶接合不良
。有的燃机静叶环在中分面处剖开为上下两半 环，当制造或装配产生偏差时，则静叶型线部 分便会错开。 燃气轮机气流通道中加强筋或肋的结构。 抽气、排气结构。燃气轮机中那些沿气缸 径向分布的抽、排气管道口。 静叶和叶片槽道制造与安装偏差引起的激 振力等。
防止共振措施—避开共振的发生
随着激振频率倍数的增高, 激振力幅 值减小，振动对叶片造成的危害程度减小 。因此，实际工程上需要避开的只是有限 个阶次 。实际振动分析只按照如下处理。 对高频激振力，其相应的频率为：
fe = N z1ns
式中：N ——整常数，一般取1、2、3。
避开激振的阶次
对低频激振力,其相应的频率为：
叶片振Βιβλιοθήκη Baidu概述
• 压气机、透平叶片在工作时，不断受到脉动气流 力的作用。叶片产生疲劳损伤故障，一直是转子 较为严重的问题。统计资料表明，叶片损坏的绝 大多数原因是由于振动疲劳所引起。 • 直到目前，无论国内国外，叶片振动事故时有发 生，燃气轮机叶片振动事故发生的比例高于汽轮 机。燃气轮机叶片事故约占燃气轮机事故的40％ 以上。可见，讨论叶片的振动安全性问题非常重 要，不能忽视。
低频激振力频率分析
例如：当气流流过通流部分中那些加强 筋时，造成沿圆周气流速度不均匀，会引 起气流激振力冲击，其频率等于加强筋数 目与燃机每秒钟转速的乘积。 （见下式）
低频激振力的频率
低频激振力的频率表达式：
fe = ins
(＝1、2、3、…6）
由于 i 一般比静叶数小得多，所以这类激 振力称为低频激振力。 低频激振力对较短的叶片不会构成威 胁，对较长的叶片会带来严重危害。
叶片振动参数
振幅——振动时叶片各截面上的质点 距平衡位置的最大距离。 在同一种振动状态下，叶片各截面上 的振幅是不同的。 如，对叶根刚性固定，叶顶自由的单 只叶片的一阶振型，叶尖振幅最大，叶根 振幅为零。振幅大的截面，变形大。振幅 曲线能够表征出叶片振动响应（或位移） 的变化趋势。
叶片振动参数
频率——前面已经介绍，叶片频率为其每 秒钟振动的次数。作为叶片的自振频率或固有 频率，是叶片振动中自身结构的固有特性。 根据前面的分析已知，当叶片结构确定后 ，频率也就确定了。 由于叶片本身是有无穷质点的弹性体，所 以叶片具有多阶振动形式和相应的多阶个自振 频率。
叶片振动概述
在本节中，首先讨论叶片的振动物理现象 ，激振力产生及激振频率的种类，叶片的振动 参数描述。 然后，介绍能量法求解叶片频率，分析振 型等。该方法的优点是物理概念清晰，简便适 用。通过本方法的学习，可以从理论高度上， 加深我们对振动安全性的理解。为处理运行中 振动问题提供解决问题的科学思路。
n= 1
激振力表示式
• 从上式可见，在不均匀气流场中转动的叶 片，即受到基本频率激振力的作用，还受 到基频倍数的激振力的作用。它不是一个 简单的正弦波形，而是多个正弦 ( 或余弦 ) 波的叠加而成。一般说来，随着倍数的增 高 , 激振力幅值减小，振动的危险性也减 小。因此，实际振动分析中只取有限的几 阶振动。
见下图所示。当旋转的动叶片每经过一个 静叶槽道时就受到一次气流激振力的冲击。
静叶栅后气流场切向分布图
高频激振力产生的原因
通常整圈隔板上喷嘴数 在40～100以 Z1 上，当转速取3000转/分时,这类激振力的频 率范围在2000--7000Hz。由于燃气轮机首级 叶片高度小,刚性大，其频率一般都在几千赫 芝以上。 高频激振力主要对较短的叶片构成威胁 。
叶片激振力产生原因
运行中，叶片受到周期性燃气气流的激 振力的作用。作用在运行叶片上的气流激 振力是由于在旋转状态下，通流部分的结 构与制造安装误差引起的。通常分为两类 激振力： a、高频；b、低频
（1）高频激振力的产生
静叶叶栅出口气流不均匀。当气流经过 静叶栅进入动叶片时，由于静叶的出气边有一 定厚度，使得静叶栅出口的气流场参数: 压力 和速度等在该处有所降低，造成了一个沿叶轮 切向不均匀的气流场。
叶片振动参数
节线——指叶片共振时，叶片截面上振幅 为零的各点联线，该连线称为节线。 由于叶片出现多种振动形态，叶片上就有 不同的节线数目和节线分布规律。人们通过节 线现象和数量来判断叶片属于哪种振动形态。 即：什麽类型振动？是哪阶振动？
激振力频率
据上述分析可知 , 气流激振力的基本 频率大体上分为两类。 叶片在不均匀的气流场中转动时，受 到的激振力是一个不规则的周期性涵数。 如将周期性的气流激振力P沿圆周方向按傅 立叶级数展开，在叶片上作用的激振力可 写为如下形式:
叶片上作用的高频激振力表达
公式：
p = p0 +
å
¥
pn sin(nwt + j n )
fe = N z1ns
式中：
N——整常数，
一般取:1、2 … 6。
其它方面的影响
除了以上分析的原因外，还有一些其 它因素对叶片产生激振力。例如转子的不 平衡，机体的振动等都会引起叶片的激振 力，由于这些激振力比较复杂，目前很难 对它们进行预测，或作定量计算。
叶片主要振动参数描述
• 在对叶片作理论分析时，是将叶片简化成 为一端刚性固定的弹性杆件物理模型。分析该 模型在外界作用力下的振动特征。 • 通常采取实验方法，对叶片施加激振力， 它就偏离其平衡位置产生振动。如图，可以观 察到叶片上的振动现象有振幅，节线，频率以 及振动过程出现的不同振型等。这些都是描述 叶片振动的重要参量。