李軍，安楊

（哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150046）

0 引 言

目前開發(fā)設(shè)計(jì)的末級(jí)長葉片多為異形圍帶加凸臺(tái)拉筋的結(jié)構(gòu)，在裝配時(shí)易發(fā)生干涉，因此整圈葉片設(shè)計(jì)時(shí)采用間隙裝配。機(jī)組工作時(shí)，利用長葉片的扭轉(zhuǎn)恢復(fù)連接成整圈。裝配間隙過大不能夠形成整圈，反之則裝配困難，且會(huì)對(duì)葉片造成損壞。因此對(duì)這種間隙裝配葉片進(jìn)行試驗(yàn)研究，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果來驗(yàn)證我們的計(jì)算方法，為以后設(shè)計(jì)該結(jié)構(gòu)葉片積累經(jīng)驗(yàn)。

1 葉片扭轉(zhuǎn)恢復(fù)計(jì)算方法研究

1.1 扭轉(zhuǎn)恢復(fù)角的計(jì)算

方法:葉片某截面在旋轉(zhuǎn)前進(jìn)、出汽側(cè)圓弧中點(diǎn)為A、B，在工作狀態(tài)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)恢復(fù)，中點(diǎn)位也發(fā)生變化分別是A′、B′。構(gòu)造兩條弦，分別是AB、A′B′，兩弦之間夾角α 為扭轉(zhuǎn)恢復(fù)角。A 點(diǎn)坐標(biāo)為（a1，a2），B 點(diǎn)坐標(biāo)（b1，b2），A′點(diǎn)坐標(biāo)為（a1′，a2′），B′點(diǎn)坐標(biāo)（b1′，b2′）。

向量公式為：

1.2 葉片三維實(shí)體模型的建立

圖1 葉片截面圖

表1 模型的物理特性

取某葉片做計(jì)算模型，模型物理特性如表1所示,模型總共為6 組，分別為：單只自由葉片、與試驗(yàn)相對(duì)應(yīng)的5 組圍帶和拉筋間隙不同的葉片。葉片UG 實(shí)體和ANSA 網(wǎng)格模型如圖2、圖3 所示。

在ABAQUS 中加載離心力，得到工作狀態(tài)下葉片的扭轉(zhuǎn)變形坐標(biāo)，從而得到葉片扭轉(zhuǎn)前后相對(duì)位移，進(jìn)而計(jì)算出扭轉(zhuǎn)恢復(fù)角的大小。

1.3 整圈葉片在不同間隙下扭轉(zhuǎn)恢復(fù)角有限元計(jì)算

圖2 模型整體UG 實(shí)體

圖3 模型網(wǎng)格

根據(jù)與試驗(yàn)葉片的匹配性，選取三組和試驗(yàn)相同間隙的整圈葉片見表2，整圈葉片計(jì)算用“循環(huán)對(duì)稱”算法，每一組葉片圍帶和拉筋的間隙一樣，轉(zhuǎn)速N=3000 r/min時(shí)，三組葉片扭轉(zhuǎn)恢復(fù)角隨相對(duì)葉高的變化曲線如圖4、圖5、圖6 所示，由于拉筋與拉筋、圍帶與圍帶相互間的約束，葉片扭轉(zhuǎn)恢復(fù)角顯著減小。葉片的圍帶和拉筋接觸轉(zhuǎn)速的變化見表2 所示。

通過分析三組葉片的接觸轉(zhuǎn)速，可以看出圍帶的接觸轉(zhuǎn)速在925~1 177 r/min 之間，而拉筋的接觸轉(zhuǎn)速在1 276~1 318 r/min 之間。

2 葉片扭轉(zhuǎn)恢復(fù)特性的試驗(yàn)驗(yàn)證

2.1 試驗(yàn)方法

圖4 扭轉(zhuǎn)恢復(fù)角相對(duì)葉高的變化曲線

由于圍帶、拉筋之間的間隙都比較小，圍帶間隙3.3±0.4 mm，拉筋間隙0.4±0.4 mm，對(duì)各種試驗(yàn)方法進(jìn)行研究，考慮到現(xiàn)行手段試驗(yàn)的可行性，最終確定采用著色的方法對(duì)葉片進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試。來確定圍帶和凸臺(tái)拉筋的實(shí)際接觸轉(zhuǎn)速。

2.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)（見表3）

2.3 試驗(yàn)結(jié)果

圖5 扭轉(zhuǎn)恢復(fù)角相對(duì)葉高的變化曲線

圖6 扭轉(zhuǎn)恢復(fù)角相對(duì)葉高的變化曲線

表2 葉片接觸轉(zhuǎn)速與扭轉(zhuǎn)恢復(fù)角

表3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

試驗(yàn)結(jié)果表明，不同圍帶間隙，接觸轉(zhuǎn)速也不相同，從1 000 r/min時(shí)部分葉片貼合，隨著轉(zhuǎn)速的提高，到1 150 r/min 時(shí)全部接觸，葉片形成整圈連接。拉筋的接觸轉(zhuǎn)速在1 200～1 300 r/min 之間。對(duì)于接觸轉(zhuǎn)速有限元計(jì)算值和試驗(yàn)值做比較見表4 所示，可以看到圍帶的接觸轉(zhuǎn)速有限元計(jì)算與試驗(yàn)值基本吻合。

表4 接觸轉(zhuǎn)速r/min

［1］ 中國動(dòng)力工程協(xié)會(huì).火力發(fā)電設(shè)備技術(shù)手冊(cè)：第2 卷：汽輪機(jī)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999：28，43.