利用ANSYS和坎贝尔图对燃气轮机压气机转子
利用ANSYS和坎贝尔图对燃气轮机压气机转子
模态及临界转速的分析计算
龚建政,钟芳明,贺星,汤华涛
(海军工程大学船舶与动力学院,武汉430033)
摘要:建立了某型燃气轮机低压压气机转子的几何模型,使用可计算陀螺效应的体单元建立了转子的有限元模型。利用数值仿真软件求解转子的前8阶模态,并基于其高速旋转结构模态分析功能画出了特征频率随转速的变化曲线即坎贝尔图。计算得到了一阶临界转速,并就支承刚度对其影响进行了研究。计算结果表明:转子的设计具有良好的结构刚度;设计中需要对压气机转子第4级轮盘附近转鼓的强度给予一定的重视;转子系统临界转速安全系数合理;支承刚度的改变对临界转速的影响处于非敏感区,有利于转子的稳定运行。关键词:燃气轮机;压气机转子;有限元;模态分析;坎贝尔图;临界转速中图分类号:TK47文献标志码:A
文章编号:1671--3133(2012)04—0073—05
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0引言
机械振动产生破坏主要因共振引起,各阶固有频率和振型是结构承受动力荷载的重要设计参数…。当外界激振力频率与转子系统的某阶固有频率接近时,振幅会急剧增大,对机组的稳定运行不利。伴随着旋转机械性能不断提高的要求,转子系统朝着高转速、高效率的方向发展。转速的提高,转子与轴承间
的作用力不断增强,会导致振动过载和振动位移增
真方法对其进行动力学分析。计算得到了转子的固有频率、振型和临界转速,并就支承刚度对临界转速的影响进行了分析。有关结果验证了转子工作的可靠性,同时为转子的进一步优化设计提供了依据。
1计算模型的建立
研究对象为某船用燃气轮机低压压气机转子。该压气机为轴流式,其转子共包含九级,在第l级轮盘工作叶片上部制成蜂窝形式进而形成防失速腔,用来扩大第1级轮盘和整台压气机的稳定工作范围。压气机的压比为4.57,工作效率为0.866,机械效率为
0.995。低压转子在1.0工况下的转速为7
大;同时由于转子不平衡造成的离心力使转子产生横
向振动,这种振动在某些转速(即临界转速)附近会因
为共振而显得异常强烈。合理配置转子支承系统的临界转速是保证旋转机械安全可靠运行的一项重要前提旧J。本文研究某船用燃气轮机低压压气机转子,通过对转子进行实体建模和有限元建模,使用数值仿
转子采用盘鼓式结构,图l所示为压气机转子的几何模型。转子使用的材料主要为钛合金,相关材料属性为:杨氏模量E=1.19×10¨N/m2,泊松比肛=0.33,密
