燃气轮机拉杆转子结构动力学

燃气轮机周向拉杆转子拉杆应力分析和改进设计刘昕;袁奇;欧文豪【摘要】为优化燃气轮机的拉杆组合式转子中拉杆的结构,提高转子运行安全性,建立了含10根周向均布拉杆的10级轮盘转子模型,设置了8组拉杆凸肩与拉杆孔的静态安装间隙,采用三维接触非线性有限元方法分析了拉杆应力随转速、凸肩静态安装间隙量的变化关系.在此基础上,比较了相同间隙量下凸肩数等跨距加倍和不等跨距加倍对降低拉杆应力的效果,进一步研究了各凸肩等跨距时跨距变化对拉杆应力的影响.结果表明:拉杆凸肩与拉杆孔的静态安装间隙量不影响拉杆在正常工作状态下的应力,但是影响转子升速时拉杆最大应力;随着转速升高,拉杆最大应力在不同的转速区域内存在特定变化规律;增加凸肩数、减小凸肩跨距能够有效减小拉杆最大应力,与不等跨距增加拉杆凸肩数的改进方案相比,等跨距方案降低应力效果更显著.该结论可为燃气轮机的拉杆组合式转子设计提供参考.【期刊名称】《西安交通大学学报》【年(卷),期】2016(050)010【总页数】7页(P104-110)【关键词】燃气轮机转子;周向拉杆;拉杆凸肩;应力;改进设计【作者】刘昕;袁奇;欧文豪【作者单位】西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安;西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安;ABB(中国)有限公司,100015,北京【正文语种】中文【中图分类】TK14燃气轮机是一种高温、高压燃气推动旋转机械,具有高效、洁净、安全等特性。

作为当前重型燃机转子的主要结构形式,组合式拉杆转子具有重量轻、冷却好、易装配以及轮盘材料选择灵活等优点。

周向拉杆转子作为最常用的组合式拉杆转子[1],各轮盘需要通过拉杆预紧组合而成,拉杆结构形式、预紧力选取、凸肩布置方式等会对转子整体动力学特性产生较大影响。

凸肩作为燃气轮机周向拉杆上的重要结构,其主要作用是在燃气轮机旋转时保持与轮盘接触,防止拉杆弯曲变形过大或振动过于剧烈。

目前对于燃气轮机的拉杆组合式转子,国内外发表的论文研究较多的方向是拉杆预紧力的选取原则[2-4]及其对转子动力学特性的影响[5-6],同时还有一部分学者从转子整体设计和应力应变角度进行数值模拟和实验研究:Janssen等介绍了西门子公司重型燃气轮机中心拉杆和Hirth齿连接的转子设计原则和设计中的应力评估、振动分析、转子装配和试验测试[7];上海汽轮机厂通过理论计算和试验研究了609燃机拉杆的应力情况[8];袁奇等通过理论和有限元分析计算了拉杆装配和卸载时的变形量,并分析了影响相对变形量的因素[9];李雪鹏等利用有限元模型对拉杆上含初始裂纹的组合转子进行裂纹扩展分析,得到了组合转子固有频率随裂纹尺寸的变化规律[10];Das对GE7FA转子进行了实际载荷下的三维有限元分析,得到了稳态下转子的应力分布和拉杆不同位置在加载过程中的应力变化情况[11]。

航空燃气轮机转子结构及动力学设计
航空燃气轮机是现代商用飞机和军用飞机的核心引擎，其中心转子组件是其最关键的部件之一。

转子结构和动力学设计是航空燃气轮机设计中最关键的环节之一，直接影响着发动机的性能和寿命。

转子结构设计
航空燃气轮机转子结构设计的目标是在保证耐久性和可靠性的情况下，实现尽可能的重量减轻和功率增加。

在这方面，结构设计着重考虑以下几点：
1.材料选择：航空燃气轮机转子材料必须具有高温强度、高热稳定性和耐腐蚀性等特点，常用材料包括钛合金、镍基合金和陶瓷复合材料等。

2.减重设计：为减轻重量，转子通常采用镂空设计，在保证强度的前提下，适当加大叶片翼根的厚度，减小叶片翼尖的厚度。

3.空气动力学设计：转子叶片的空气动力学设计必须满足叶片工作时的气动负荷和脾性特性的要求，叶片前缘和后缘曲率均匀光滑，叶型符合设计要求。

动力学设计
航空燃气轮机转子动力学设计是保证发动机性能的关键环节，包括以下几方面：
1.振动设计：在高速旋转中，转子可能会产生强烈的振动，因此在动力学设计中必须考虑尽可能减小振动幅度，并且确定合适的振动阻尼措施，如流体阻尼和装配阻尼等。

2.叶片间隙控制：转子叶片间隙控制对于提高发动机效率和降低机械损耗非常重要，当转子叶片与静叶环的间隙过大或过小时，均会对发动机进行负面影响。

3.平衡设计：为了保证转子旋转中的平衡性，必须将每个转子组件的质量、重心和转动惯量计算出来，并合理安置到转子上，使得整个转子在旋转时始终能够保持平衡和稳定。

总之，航空燃气轮机转子结构和动力学设计是航空发动机设计中最关键的环节之一，需要充分考虑地球引擎工作条件和负荷要求，以确保发动机的性能和可靠性。

重型燃气轮机转子结构及动力学特性研究综述袁奇;高进;李浦;刘洋;丰镇平【摘要】分析了典型的重型燃机轮机转子的结构特点和各种拉杆式转子的结构优缺点,重点阐述了拉杆式转子中的轮盘平面接触界面和端面齿接触界面的刚度模型及其对转子动力学特性的影响,以及阻尼环对中心拉杆动力学特性的影响及其与转子本体的耦合动力学特性.最后,介绍了拉杆式转子发生故障时的转子动力学特性,并提出了需要进一步研究的问题.【期刊名称】《热力透平》【年(卷),期】2013(042)004【总页数】8页(P294-301)【关键词】重型燃气轮机转子;拉杆式转子;结构特点;接触界面;故障【作者】袁奇;高进;李浦;刘洋;丰镇平【作者单位】西安交通大学能源与动力工程学院,西安710049;西安交通大学能源与动力工程学院,西安710049;西安交通大学能源与动力工程学院,西安710049;西安交通大学能源与动力工程学院,西安710049;西安交通大学能源与动力工程学院,西安710049【正文语种】中文【中图分类】TK471燃气轮机是高效清洁的发电和动力设备，涉及到多学科的核心技术，其发展关乎国家的能源与国防安全。

然而，中国燃气轮机的研制起步晚、基础薄弱，从2001年国家发改委发布《燃气轮机产业发展和技术引进工作实施意见》以来，哈尔滨汽轮机厂有限责任公司(哈汽)、东方汽轮机有限公司(东汽)和上海电气电站设备有限公司上海汽轮机厂(上汽)分别与通用(GE)、三菱(MHI)和西门子(SIEMENS)合作生产“F”级燃气轮机，以市场换取了部分制造技术，积累了丰富的加工经验。

可是外方并没有转让燃气轮机的设计技术，所以这种引进方式并没有使我们摆脱燃气轮机产业受制于人的局面。

为此，国家科技部在“十五”和“十一五”期间开展了针对燃气轮机关键技术基础研究的“973 计划”专项和针对燃气轮机设计研制的“863 计划”专项。

通过这些专项的实施，提高了我国燃气轮机的设计、制造水平，缩短了与世界先进水平的差距［1-3］。

燃气轮机原理、结构及应用(上、下册)pdf燃气轮机原理、结构及应用（上、下册）PDF一、引言燃气轮机作为一种高效、清洁、低碳的能源转换设备，已经广泛应用于发电、工业驱动、航空航天、交通运输等领域。

本篇文章将详细介绍燃气轮机的原理、结构及应用，帮助读者深入了解这一重要的动力装置。

二、燃气轮机工作原理燃气轮机是一种旋转式热力发动机，它以连续流动的气体为工质，将燃料的化学能转化为机械能。

燃气轮机的主要工作过程包括吸气压缩、燃烧加热、膨胀做功和排气放热。

在这个过程中，气体依次经过压气机、燃烧室和透平，完成由热变功的热力循环。

1.吸气压缩：燃气轮机的压气机从外界大气环境中吸入空气，并逐级压缩空气。

随着压缩过程的进行，空气的温度和压力逐渐升高。

2.燃烧加热：压缩空气被送到燃烧室，与喷入的燃料混合燃烧，产生高温高压的燃气。

3.膨胀做功：高温高压的燃气进入透平，推动透平叶片旋转。

透平叶片经过设计，使燃气在通过时产生旋转动力，将燃气的压力能转化为机械能。

4.排气放热：经过透平膨胀做功后的燃气，温度和压力降低。

透平排气可以直接排放到大气中，自然放热给环境，也可以通过换热设备回收部分余热。

三、燃气轮机结构燃气轮机的主要结构包括压气机、燃烧室和透平。

1.压气机：压气机是燃气轮机的关键部件之一，负责吸入空气并压缩。

它由多个级数组成，随着级数的增加，空气的压力和温度逐渐升高。

2.燃烧室：燃烧室是燃气轮机中燃料与空气混合燃烧的场所。

燃烧室的设计需要确保高效、安全、稳定的燃烧过程。

3.透平：透平是燃气轮机中将燃气的压力能转化为机械能的关键部件。

透平叶片经过精密设计，使燃气在通过时产生旋转动力，驱动燃气轮机旋转。

四、燃气轮机应用燃气轮机在多个领域具有广泛的应用，包括：1.发电：燃气轮机发电机组具有启动快、调峰能力强、效率高等优点，适用于电力系统的调峰和应急电源。

2.工业驱动：燃气轮机可用于驱动压缩机、泵等工业设备，提高工业生产效率。

燃气轮机中心拉杆式转子临界转速计算方法——子结构传递
矩阵法
沈存五;葛庆
【期刊名称】《热力透平》
【年(卷),期】2010(039)004
【摘要】燃气轮机一般都具有复杂结构的转子-支承系统,其转子的临界转速无法用常规的传递矩阵法或Riccati传递矩阵法进行计算.本文用子结构传递矩阵法对一种复杂的具有中心拉杆结构的转子-支承系统进行了临界转速计算与分析,并将计算结果与试验数据进行了对比,证明子结构传递矩阵法可以解决这种复杂结构的转子-支承系统的临界转速计算问题.
【总页数】6页(P258-263)
【作者】沈存五;葛庆
【作者单位】上海电气电站设备有限公司上海汽轮机厂,上海,200240;上海电气电站设备有限公司上海汽轮机厂,上海,200240
【正文语种】中文
【中图分类】TK472
【相关文献】
1.整体传递矩阵法求解双转子系统临界转速的改进 [J], 徐可君;张龙平
2.基于传递矩阵法的15MW-4P汽轮发电机转子系统临界转速计算 [J], 李建成
3.传递矩阵法与有限元法计算电机转子临界转速的对比分析 [J], 朱常兴;王殿友;朱
常权;王晓文
4.涡轮泵转子的临界转速研究(Ⅱ)──非均匀支承转子临界转速的传递矩阵法 [J], 何洪庆;张小龙;沈达宽;张哲文
5.涡轮泵转子的临界转速研究──(Ⅰ)均匀支承转子临界转速的传递矩阵法 [J], 何洪庆;沈达宽;张哲文
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燃气轮机拉杆式转子的刚度模化和模型修正方法高进;袁奇;李浦;刘洋【摘要】为了提高燃气轮机拉杆式转子的动力分析中梁单元模型的计算精度,引入弹簧连接单元对变截面轴段和接触界面刚度削弱进行了模化且保留了模型的物理意义,弹簧连接单元的刚度和拉杆式转子的物理参数通过模型修正方法获得.对一个简化的拉杆式实验转子进行了模化和模型修正,结果是所提方法获得的特征频率和实验结果非常吻合,表明拉杆式转子梁单元模型具有较高的计算效率和计算精度,可应用于转子的不平衡响应、瞬态响应分析和基于模型的故障诊断分析.【期刊名称】《西安交通大学学报》【年(卷),期】2013(047)005【总页数】6页(P18-23)【关键词】拉杆式转子;局部变形;弹簧连接单元;模型修正;物理参数【作者】高进;袁奇;李浦;刘洋【作者单位】西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安;西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安;西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安;西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安【正文语种】中文【中图分类】TK47;O321图1 某重型燃气轮机拉杆式转子结构重型燃气轮机和航空发动机转子通常采用拉杆组合式结构，如图1所示。

对拉杆式转子进行动力学分析时需要把原转子系统模型化，称为模化。

为了提高计算效率，工程中采用梁单元模化转子系统，可用于大部分转子的动力学分析［1］。

经典的梁单元模型存在误差，来自：①拉杆式转子中的截面突变，如阶梯轴段和耳轴段［2］；②拉杆式转子的轮盘间存在大量的接触面而导致的转子刚度削弱［3］；③转子材料物理参数（弹性模量、密度和泊松比）与实际的偏差。

消除截面突变带来的误差，可以直接采用三维单元，如谐波单元［4－5］、周期对称单元［6］或实体单元［2，7］来模化转子。

然而，三维单元的模型计算效率较梁单元模型低，难以应用于计算效率要求高或需要大量重复计算的工作，如转子系统有限元模型修正［8］或基于模型的故障诊断［9－11］。

重型燃气轮机拉杆组合转子热瞬变振动特性研究
高进;黄涛;龚军军;赵仕志;艾松
【期刊名称】《振动与冲击》
【年(卷),期】2024(43)10
【摘要】重型燃气轮机冷态启动的稳速升负荷阶段,常出现轮盘间径向变形不协调导致的相对滑移,拉杆组合转子会发生振动随燃气轮机转子温度的增加而显著变化的热瞬变振动现象。

建立了周向拉杆组合转子平面摩擦带止口配合结构轮盘相对滑移的力学模型,包括平面摩擦、周向拉杆和止口与轮盘相对滑移的力学模型。

以某型重型燃气轮机拉杆组合转子为研究对象,对其冷态启动过程中出现的热瞬变振动进行了分析,根据轮盘相对滑移的规律,通过减小轮盘间的变形不协调,并适当增加止口配合的过盈量的方法,成功优化了该重型燃气轮机拉杆组合转子冷态启动过程中的热瞬变振动。

【总页数】7页(P285-291)
【作者】高进;黄涛;龚军军;赵仕志;艾松
【作者单位】东方电气集团东方汽轮机有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TK47
【相关文献】
1.考虑接触刚度的燃气轮机拉杆转子动力特性研究
2.燃气轮机拉杆转子非线性动力学特性研究
3.考虑热场的重型燃气轮机组合转子盘间接触应力分析
4.含内阻的拉
杆组合转子双稳态振动特性5.燃气轮机周向拉杆转子连接刚度对转子振动特性影响的研究
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燃气轮机拉杆转子结构动力学（最新版）目录一、燃气轮机拉杆转子结构的基本概念二、燃气轮机拉杆转子结构的动力学特性三、燃气轮机拉杆转子结构的动力学分析方法四、燃气轮机拉杆转子结构的动力学应用实例五、燃气轮机拉杆转子结构的发展前景正文一、燃气轮机拉杆转子结构的基本概念燃气轮机是一种以燃烧气体为动力的旋转式热机，广泛应用于发电、航空、船舶等领域。

其中，拉杆转子结构是燃气轮机的核心部件之一，其主要功能是将高温高压的气体能量转化为旋转动力，驱动整个燃气轮机系统运行。

拉杆转子结构由转子、拉杆和轴承等组成。

转子是燃气轮机旋转的核心部分，通常由合金钢制成，具有良好的抗高温和抗磨损性能。

拉杆则负责连接转子和外部负载，起到传递动力的作用。

轴承则支撑着整个转子系统，保证其在高速旋转过程中保持稳定。

二、燃气轮机拉杆转子结构的动力学特性燃气轮机拉杆转子结构在高速旋转过程中，会受到多种动力学因素的影响，如惯性力、气动力、热膨胀等。

这些因素使得拉杆转子结构在运行过程中具有一定的动力学特性，如振动、磨损、热弯曲等。

为了确保燃气轮机的稳定运行，需要对拉杆转子结构的动力学特性进行深入研究，包括振动特性、磨损特性、热弯曲特性等。

这些研究有助于优化拉杆转子结构的设计，提高其抗振动、抗磨损和抗热弯曲能力，从而提高燃气轮机的运行效率和使用寿命。

三、燃气轮机拉杆转子结构的动力学分析方法燃气轮机拉杆转子结构的动力学分析方法主要包括理论分析、实验研究和数值模拟等。

理论分析主要通过建立拉杆转子结构的动力学模型，分析其在不同工况下的振动特性、磨损特性和热弯曲特性等。

实验研究则通过对拉杆转子结构进行实际测试，测量其在不同工况下的振动、磨损和热弯曲等参数，为理论分析提供验证和修正。

数值模拟则是通过计算机仿真技术，模拟拉杆转子结构在不同工况下的动力学行为，为理论分析和实验研究提供辅助手段。

四、燃气轮机拉杆转子结构的动力学应用实例燃气轮机拉杆转子结构的动力学应用实例主要包括以下几个方面：1.优化拉杆转子结构设计，提高其抗振动、抗磨损和抗热弯曲能力。