TRT叶片圆柱拉金结构设计及静态分析

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高炉煤气余压透平发电装置(TRT)是利用高炉煤气余热、余压发电，并可作为其它机械的动力源。叶片在透平装置中承担着将流体的动能转化为机械能的重要任务，其在工作过程中承受着离心力、稳态气流力以及非稳态气流力的共同作用，从而引起共振，使得叶片发生疲劳破坏。导致 TRT机组出现各种事故。因此，减小叶片在工作过程中的振动保证叶片长期安全的运行尤为重要。

为了减小叶片在工作中的振动，最有效的方法之-是设计新的阻尼结构。专家们对这类问题进行了大量研究。1996年，文献 研 究了带于摩擦结构的非线性动力系统 ，推导了干摩擦阻尼实用矩阵表达式 。给出解决这类问题的有限元解的方法，总结出阻尼器的主要参数 ，并且得出阻尼结构能有效影响振动特性。

1998年，文献四从能量耗散分析了汽轮机叶片的阻尼特性，并根据叶片不同的阻尼组成部分的特点与机理给出了相应的计算模型 ，提出了叶片动力响应分析中叶片阻尼处理方法。1999年 ，文献 通过对叶片阻尼结构分析，提出汽轮机获取最佳阻尼的设计方法，经过-系列的动应力计算后使其在现有结构下的动应力最校2003年，文献叼f究了松拉金成组叶片瞬态动力学问题，得出松拉金的固有频率与动频，及不同转速下激励对叶片与拉金的相对运动情况，为研究松拉金阻尼机理提供参考。

目前，对透平叶片的阻尼研究主要集中在叶片动应力上，而专门针对TRT叶片阻尼减振的相关研究相对少。只对叶片动应力的研究，不能从根本上解决透平叶片由于振动损坏的处境。但是，能为进行拉金结构设计提供理论支持。从减振角度出发，通过改变透平叶片的结构，使得透平叶片工作时产生的振动能通过阻尼结构眷得到衰减，从而改善叶片的振动，提高叶片的使用寿命和可靠度。

2 TRT叶片拉金结构设计TRT叶片结构由两个部分组成，如图 1所示，叶型部分、叶根部分。叶型部分是能量转换主要部分，也是承受外激振力产生振动的载体；叶根部分通过榫齿使轮毂与叶片连接、固定的部位，在实际工作中也是产生叶片系统自阻尼减振的地方。叶根常用的来稿日期：2012-10-02基金项目：国家自然科学基金项 目(10972179)；陕西教育厅科研项目(12JK0681)作者简介：周新涛，(1986-)，男，河南信阳人，汉族，硕士研究生，主要研究方向：机械 CAD/CAM和旋转机械动力学方面的研究；李德信，(1965-)，男，山东莱阳人，汉族，副教授，工学博士，主要研究方向：机械CAD/CAM、CIMS和旋转机械非线性动力学方面研究270 周新涛等：TRT叶片圆柱拉金结构设计及静态分析 第8期形式有T型、纵向树型、菱形、叉型等，叶根结构为菱形叶根，如图2所示。TRT叶片是能量转换的核心部件 ，除了要具备高的强度以及好的加工工艺方面要求之外，还要满足特定的气动特性。研究所用到的 TRT叶片类型为变截面预扭叶片，相关参数，如表 1所示。就是在该种叶片的叶型上设计出新的阻尼减振结构。

叶型部根部分图I无阻尼结构的TRT叶片Fig.1 The Structure Chart of TRT Blade inthe Condition of Undamping图2菱形叶根Fig.2 The Diamond Root about Blade表 1 TRT叶片拉金结构参数Tab.1 The Structure Parameters of TRT Bladeunder the Case of Lashing wire2.1 TRT叶片拉金结构设计2.1.1坐标 系依据TRT叶片在工作中的安装情况 ，坐标原点 O设置在TRT叶片子午线与 TRT转轴轴线的交点上， 轴与TRT轴线重合，Y轴与叶片安装的周向方向-致，Z轴方向与叶高方向-致，如图 3所示。

图 3安装示意图Fig.3 Th e Schematic Diagram on Installation2.1.2拉金结构设计根据相关参考坼导出，拉金孔的位置处于沿 TRT叶片叶高方向的(60～80)%之间。拉金结构的拉金孑L的位置就选择在这个范围之中，由于本次所使用的 TRT叶片属于短叶片，在叶型上设置较小的取值范围，对本次研究所要得到的效果不明显，只会加大了后续的分析量。故以沿叶高方向70%的间距取值，得出圆形拉金孔的圆心位置，在z轴上距离坐标原点为541mm的高度处。